Строго говоря, атомы не "видят" в привычном смысле, потому что видимый свет для этого действительно не подходит - длина волны слишком большая. Но есть несколько принципиально разных методов.
Первый исторический прорыв - это поле ионной микроскопии (FIM), 1955 год, Эрвин Мюллер. Там атомы на кончике металлической иглы буквально выбивают электроны под действием поля, и эти электроны летят на экран. Получается картинка расположения атомов на поверхности.
Настоящий прорыв - сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), придуман Биннигом и Рорером в 1981 году, за что они получили Нобелевку в 1986-м. Принцип не оптический вообще: острая игла сканирует поверхность, не касаясь её, а между иглой и поверхностью течет квантовый туннельный ток. Он экспоненциально зависит от расстояния, поэтому по изменениям тока можно восстановить рельеф поверхности с точностью до долей ангстрема.
То что ты видел как "размытые кружочки" скорее всего именно СТМ-изображения. Это не фотография в оптическом смысле. Это карта туннельного тока, перекрашенная в псевдоцвета для наглядности. Атом там - это "холм" на этой карте.
Есть ещё просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ/TEM) - там вместо света используют пучок электронов с длиной волны в тысячи раз меньше, чем у видимого света. В режиме HRTEM можно различить отдельные атомные колонки в кристаллической решетке.
В 2013 году IBM опубликовали видео "A Boy and His Atom" - мультфильм из атомов CO, которые переставляли иглой СТМ по медной подложке. Это официально самый маленький мультфильм в мире по Гиннессу.
