电子在原子中的分布（电子云）是如何被观测的？ 第1页

A是并五苯的化学结构

B 图为实验获得的并五苯STM（扫描隧道显微镜，Scanning tunneling Microscopy）图像

C D是并五苯的Non-Contact AFM （无接触原子力显微镜 Non-contact Atomic force microscopy ) 图像

非常适合回答这个问题，就是做这个研究的。

要探测电子云，方法有许多。任何与电子相关的现象都可以用来探测电子的轨道。比如一些答案中提到的XRD衍射方法。可以提供轨道的信息。

但我估计题主更希望直观的了解，电子云在实际空间是如何分部的，电子云的样子是怎样的。

目前最接近可以看到轨道的形状的显微技术就是，扫描隧道显微镜（STM）

STM的原理是，利用极细金属针尖逐渐靠近材料表面。当这个距离在几个埃时，就会有量子遂穿效应。就会有微小的电流产生，而这个电流的大小，是依赖于电子某个轨道的电子波函数与针尖金属原子的S轨道波函数的卷积。这意味着，所测得的电流反应了电子的态密度。

严格来说， STM看到的并不严格是轨道。而是某个轨道波函数与金属针尖原子的轨道卷积。

但是的确可以通过已知的金属针尖原子的轨道波函数去反推被探测物的轨道波函数。

STM可以通过调节不同的偏压，来实现对特定轨道的成像。比如占据轨道或者空轨道。

比如这个并五苯，a中的最高占据分子轨道 （HOMO）和b中的最低未占据分子轨道 （LUMO）的空间分布是不同的

并且，STM测得的轨道形状和理论计算的非常接近。

另外NC AFM虽然看不到具体轨道的形状，但也可以更好的看出分子骨架。它主要是与利用CO分子作为探针去靠近电子云。这会让高频音叉的振动频率改变，其改变大小和CO分子与被测分子之间的距离有关。就是电子云之间的排斥和吸引力。

比如这个coronoid分子结构，AFM看的非常清晰。但其实电子云不是如此。这是看到的分子骨架。

所以AFM非常适合区分细节的结构。比如有机分子的五元六元环。例如下面这个分子

但其实，目前真正要说实空间看到或者反映了轨道的，还是STM。

这俩都是人类的极限分辨显微镜。没有之一。

想了解，去搜索scanning tunneling microscope

和non-contact atomic force microscope

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