Надвисоке електричне поле, що оточує будь-який гострий виступ зарядженого провідника, дістало цікаве застосування в одному приладі. Робота іонного мікроскопа зумовлена потужними полями, що виникають навколо металевого вістря. Влаштований цей прилад так. Дуже тонка голка, діаметр кінчика якої не більше 1000 А, поміщена в центрі скляної сфери, з якої відкачано повітря (фіг. 6.16). Внутрішня поверхня сфери вкрита тонким провідним шаром флуоресцентної речовини, і між голкою і флуоресцентним покриттям створена дуже висока різниця потенціалів.Подивимося спершу, що буде, якщо голка щодо флуоресцентного екрана заряджена від'ємно. Лінії поля біля кінчика голки сконцентровані дуже сильно. Електричне поле може досягати 40·106 в на 1 см. У таких сильних полях електрони відриваються від поверхні голки і прискорюються на ділянці від голки до екрана за рахунок різниці потенціалів. Досягнувши екрана, вони викликають у цьому місці світіння (точнісінько, як на екрані телевізійної трубки).
Електрони, що прийшли в дану точку флуоресцентної поверхні, — це, у дуже хорошому наближенні, ті самі електрони, які залишили інший кінець радіальної лінії поля, тому що електрони рухаються вздовж ліній поля, що з'єднують кінчик голки з поверхнею сфери. Тож на поверхні ми бачимо свого роду зображення кінчика голки. А точніше, ми бачимо картину емісійної здатності поверхні голки, тобто легкості, з якою електрони можуть залишити поверхню металевого вістря. Якщо сила розділення достатньо висока, то можна розраховувати розрізнити положення окремих атомів на кінчику голки. Але з електронами такого розділення досягти не можна з таких причин. По-перше, виникає квантовомеханічна дифракція електронних хвиль, і зображення затуманиться. По-друге, внаслідок внутрішнього руху в металі електрони мають невелику поперечну початкову швидкість у момент вириву з голки, і ця випадкова поперечна складова швидкості призведе до розмазування зображення. Загалом ці ефекти обмежують розрізнюваність деталей величиною порядку 25 А.
Якщо ж ми поміняємо знак напруги і впустимо в колбу трохи гелію, то деталі будуть розрізнені краще. Коли атом гелію стикається з кінчиком вістря, потужне поле зриває з атома електрон, і атом заряджається додатно. Потім іон гелію прискорюється вздовж силової лінії, поки не потрапить в екран. Оскільки іон гелію незрівнянно важчий за електрон, то і квантовомеханічні довжини хвиль у нього набагато менші. А якщо до того ж температура не дуже висока, то й вплив теплових швидкостей також значно слабший, ніж у електрона. Зображення розмазується менше, і виходить набагато різкіше зображення кінчика голки. З мікроскопом, що працює на принципі іонної емісії, вдалося досягти збільшення аж до 2 000 000 разів, тобто вдесятеро краще, ніж на найкращих електронних мікроскопах.
На фіг. 6.17 показано, що вдалося отримати на такому мікроскопі, застосувавши вольфрамову голку. Центри атомів вольфраму іонізують атоми гелію трохи інакше, ніж проміжки між атомами вольфраму. Розташування плям на флуоресцентному екрані демонструє розстановку окремих атомів на вольфрамовому вістрі. Чому плями мають вигляд кілець, можна зрозуміти, якщо уявити собі великий ящик, набитий кулями, укладеними в прямокутну сітку й такими, що утворюють у такий спосіб кубічну ґратку. Ці кулі — це ніби атоми в металі. Якщо ви з цього ящика виріжете приблизно сферичну частину, то побачите картину кілець, характерну для атомної структури. Іонний мікроскоп вперше забезпечив людство засобом бачити атоми. Чудове досягнення, та ще й отримане з таким простим приладом.