电子显微镜是什么时候诞生的？

电子显微镜最早是由Knoll和Ruska在实验室里研制出来的，后来西门子在1939年批量生产。以下是电子显微镜的几个重要发展，讨论了材料科学的几个突破。瑞典诺贝尔奖委员会将1986物理学奖的一半授予E. Ruska时，褒奖是:“因其对电子光学基础研究和第一台电子显微镜设计的贡献”。在Knoll的指导下，Ruska从1928开始从事阴极射线的焦点研究，当时他在柏林的高压电气工程实验室做副博士论文。他先用磁透镜聚焦金属网得到13倍的放大像，再用双透镜[1，2]得到1714倍的放大像，在实验室实现了电镜成像。后半句的意思是他从1930到1933在西门子与冯·博瑞斯一起研制了电子显微镜，引入了极靴和投影镜，最终得到了放大12000倍的图像，分辨率高于光学显微镜，宣告了第一台电子显微镜的诞生(电子显微镜的研制过程见文献[3-8])。注意，这篇赞美中避开了电子显微镜的“发明”二字，这不是一时大意，而是深思熟虑的结果。因为西门子的M.Rüdenberg已经于5月28日，1931(这是电子显微镜这个术语第一次出现)向德国、法国和美国的专利局提出了制造带有磁透镜或静电透镜的电子显微镜的专利申请，并分别于2月，1932和1936提出申请。德国通用电气公司AEG于1931 11年在布鲁日的领导下开始研究静电透镜成像，获得了涂有氧化物的灯丝的发射电子图像。在AEG公司的反对下，吕登伯格的两项电子显微镜专利申请直到战后1953和1954才被西德专利局批准。从专利优先权的角度来看，吕登伯格应该是电子显微镜的发明者。吕登伯格是著名的电子物理学家。他不仅是西门子科技部的总工程师，还是柏林电气工程系的教授。知识丰富，经验丰富，深谋远虑。但他从未做过磁透镜成像工作，他的专利申请全凭理论推测。据吕登伯格父子事后回忆，1930年，他的另一个儿子得了小儿麻痹症，这是一种分辨率有限的病毒引起的，光学显微镜对此无能为力。正因如此，吕登伯格想到了用X射线或电子束来制作分辨率更高的显微镜[8]。但他从未发表过这方面的论文，在电子显微镜领域也并不知名。鲁斯卡和诺尔对吕登伯格的电子显微镜专利申请有意见。因为在1931年5月，吕登伯格的助手M. Steenbeck参观了诺尔的实验室，了解了鲁斯卡的实验结果，看到了诺尔将于6月4日做的关于鲁斯卡工作的一篇学术报告的手稿，题目是“阴极射线示波器的设计和新结构的原理”，在他们的第一篇论文中并没有提到电子显微镜。就在克诺尔6月4日发表学术报告的前几天，吕登伯格代表西门子于5月28日向德国、法国和美国的专利局提交了电子显微镜的专利申请。所以诺尔和鲁斯卡有些怀疑是可以理解的。然而，关于电子显微镜发明权的争议并没有继续。首先，吕登伯格在希特勒开始迫害犹太人后1936年移居英国，两年后去了美国，然后二战爆发。其次，Ruska和Von Borries于1937年2月加入西门子，并于1939年2月制造出第一台分辨率为7 nm、放大倍数为30000倍的商用电子显微镜。他们和Rüenberg属于同一家公司(专利权主要属于西门子)，不方便争论发明的权利。然后第二次世界大战爆发，战争的紧迫性掩盖了这个争议。此外，除了诺尔-鲁斯卡和吕登伯格争夺发明电子显微镜的优先权，西门子和AEG也争论不休。为了平息这些争论，德国最高学术团体普鲁士科学院于6月3日1941将莱布尼茨银奖授予了AEG的布吕歇尔。Mahl和Boersch和Siemens Knoll，Ruska，Von Borries和Von Ardenne，结果是快乐的。战后，斯廷贝克在前苏联工作，直到7月1956才回到东德。当时，克诺也从美国回到了西德。他还记得Steenbeck在吕登贝格申请过专利，参观过他的实验室，于是在6月5438+0960 17年10月给Steenbeck写了一封信，希望了解当时的具体情况。在165438+10月8日的回函中，Steenbeck承认他在拜访后向吕登伯格进行了汇报，并表示“吕登伯格的申请(专利:translator plus)一定是我拜访您的结果，也一定是受到我的经历的启发”[5]。斯廷贝克的信一发表，舆论就倾向于鲁斯卡一边，鲁斯卡在发明电子显微镜50年后获得了诺贝尔奖。但鲁斯卡一直没有自称是电子显微镜的发明者，只说自己是“乌尔赫伯”。他获得诺贝尔奖后所作的诺贝尔讲座的题目是《电子显微镜和电子显微学的发展》[4]报告中没有使用“发明”一词，也没有提到吕登伯格。尽管如此，虽然老吕登伯格去世了，但他的两个儿子却一直在美国宣扬父亲在电子物理方面的造诣和远见[8]。一次又一次，在他父亲提出电子显微镜的概念之前，Knoll和Ruska一直在谈论阴极射线示波器(如1号文件的标题)。德国AEG公司的布鲁日对此不以为然，认为鲁斯卡并不是唯一一个对电子显微镜的诞生做出贡献的人。看来克诺尔和鲁斯卡埋头做实验，大谈事实。发现一个新现象后，他们没有把它上升到理性认识。所以一开始他们的认识还局限于阴极射线管的聚焦现象，看不到其普遍而深远的意义。1925年，德布罗意指出了粒子和电子波的对偶理论。1927年，汤姆逊在英国发现了电子衍射，戴维孙和德国同时在美国发现了电子衍射。之后自然就用电子成像了。但是克诺尔和鲁斯卡在搞阴极射线聚焦的时候并没有明白这个道理。当豪特曼斯向鲁斯卡提出电子的涨落时，鲁斯卡“起初大为失望，以为分辨率会再次受到涨落的限制。但是，我很快又兴奋起来，因为根据德布罗意方程，我计算出电子的波长比光波的波长小五个数量级”[3]。吕登伯格是一位理论家，在电子显微镜领域似乎默默无闻，但在受到实验者的启发后，他立即想到用电磁透镜制作电子显微镜，开辟了一个新的领域。只是他挑了个便宜的，不肯承认是实践激发的。虽然他在1931参加了Knoll的讲座，坐在第一排，但在讨论过程中他没有说一句话，也没有透露一周前他已经提交了电子显微镜的专利申请。可见他城府很深，居心不良。然而，他毕竟是个棋手。他第一次意识到可以用电磁透镜成像制成电子显微镜，电子显微镜这个名字最早出现在他的专利申请中。从这件事也可以看出在科研中理论联系实际的重要性。电子显微镜的发明开辟了直接观察原子的途径，几十年前就应该获得诺贝尔奖了。因为上述关系，直到50年后，其他所有有争议的人都去世了，才颁发了这个荣誉当之无愧、唯一活下来的鲁斯卡。鲁斯卡在获奖两年后去世。幸好他活得长，不然就与诺贝尔奖无缘了。鲁斯卡一生从事电子显微镜的研制和生产，不仅在实验室成功研制出第一台分辨率高于光学显微镜的电子显微镜，还亲自参与了商用电子显微镜的设计和制造。二战后回到西门子，并于1954年生产出具有电子衍射功能的电子显微镜Elmiskop。他用双聚光镜减少电子束的照射面积和样品的温升，用冷阱减少样品的污染，很受用户欢迎。几年后，英国剑桥大学购买了8台这样的电子显微镜。Hirsch等人用这种类型的电子显微镜观察了1955 ~ 1956金属薄膜中的位错运动，证明了位错理论的正确性。之后，电子显微镜在材料科学中的应用开始如雨后春笋般遍布全球。后来，鲁斯卡成为马克斯·普朗克研究所Fritz2Haber研究所所长(二战后，劳厄是第一任所长)，主管电子光学和电子显微镜的研究工作，直至退休。正如鲁斯卡自己所承认的，他是一名工程师，理论造诣并不高。但他凭着一种难得的执着精神，在战损、资金匮乏、人手短缺的情况下，不断创新电镜技术，最终取得了巨大的成就。他应该获得诺贝尔物理学奖！