1986年诺贝尔物理学奖——电子显微镜与扫描隧道显微镜(共7页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上1986年诺贝尔物理学奖电子显微镜与扫描隧道显微镜1986年诺贝尔物理学奖一半授予德国柏林弗利兹-哈伯学院(Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft)的恩斯特鲁斯卡(ErnstRuska,1906-1988),以表彰他在电光学领域做了基础性工作,并设计了第一架电子显微镜;另一半授予瑞士鲁希利康(Rschlikon)IBM苏黎世研究实验室的德国物理学家宾尼希(Gerd Binnig,1947-)和瑞士物理学家罗雷尔(Heinrich Rohrer,1933-),以表彰他们设计出了扫描隧道显微镜。研制电子显微镜的历史
2、可以追溯到19世纪末。人们在研究阴极射线的过程中发现阴极射线管的管壁往往会出现阳极的阴影。1897年布劳恩设计并制成了最初的示波管。这就为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1926年布什(H.Busch)发表了有关磁聚焦的论文,指出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦,如同光线通过透镜时可以聚焦一样,因此可以利用电子成像。这为电子显微镜作了理论上的准备。限制光学显微镜分辨率的主要因素是光的波长。由于电子束波长比光波波长短得多,可以预期运用电子束成像的电子显微镜可以得到比光学显微镜高得多的分辨率。恩斯特鲁斯卡1906年12月25日生于德国巴登市海德堡。他的父亲是柏林大学历史学教授.1925年-1927
3、年,恩斯特上中学时就喜欢工程.井在慕尼黑两家公司学习电机工程。后随父到了柏林,1928年夏进入柏林恰洛廷堡的柏林技术大学学习,在大学期间参加过高压实验室工作,从事阴极射线示波管的研究。从1929年开始,鲁斯卡在组长克诺尔(M.Knoll)的指导下进行电子透镜实验。这对鲁斯卡的成长很有益处。1928年-1929年期间,鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基础上,进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实验研究,证实在电子束照射下直径为0.3mm的光阑可以产生低倍(1.3倍)的像,并验证了透镜成像公式。这就为创制电子显微镜奠定了基础。1931年,克诺尔和鲁斯卡开始研制电子显微镜,他们用实验证明了为
4、要获得同样的焦距,使用包铁壳的线圈,其安匝数要比不包铁壳的线圈小得多。1931年4月6月,他们采用二级磁透镜放大的电子显微镜获得了16倍的放大率。通过计算他们认识到,根据德布罗意的物质波理论,电子波长比光波波长短5个数量级,电子显微镜可能实现更高的分辨率。他们预测未来的电子显微镜,当加速电压为75 kV,孔径角为 210-2弧度时,衍射限制的分辨率将是 0.22 nm.1932年-1933年间,鲁斯卡和合作者波里斯(Borries)进一步研制了全金属镜体的电子显微镜,采用包有铁壳的磁线圈作为磁透镜.为了使磁场更加集中,他们在磁线圈铁壳空气间隙中镶嵌非磁导体铜环,并将铁碰上、下壳体内腔的端部做成
5、漏斗形(磁极靴),使极靴孔径和间隙均减小到2 mm,而且焦距减小到 3 mm。1932年3月,波里斯和鲁斯卡将此项磁透镜成果申请了德国专利。1933年,鲁斯卡在加速电压75 kV下,运用焦距为3 mm的磁透镜获得 12 000倍放大率,还安装了聚光镜可以在高放大率下调节电子束亮度。他拍摄了分辨率优于光学显微镜的铝箔和棉丝的照片,并试验采用薄试样使电子束透射从而形成电子放大像。1934年鲁斯卡以题为“电子显微镜的磁物镜”学位论文获得柏林技术大学工学博士学位。1934年-1936年,鲁斯卡继续进行改进电子显微镜的实验研究。采用聚光镜以产生高电流密度电子束来实现高倍放大率成像;采用物镜和投影镜二级放
6、大成像系统。可是,当时他们的发明并未立即获得学术界和有关部门承认,鲁斯卡和波里斯努力说服人们,使他们相信可能研制出性能超过光学显微镜的电子显微镜。他们多次到政府和工业研究部门以争取财政支持。经过三年的奔走,1937年春西门子-哈斯克公司终于同意出资建立电子光学和电子显微学实验室。许多青年学者纷纷前来参加研究工作。恩斯特鲁斯卡从1937年开始着手研制商品电子显微镜,1938年制成两台电子显微镜,带有聚光镜,配以具有极靴的物镜及投影镜,备有更换样品、底片的装置,获得 30 000倍放大率的图像。恩斯特鲁斯卡的弟弟哈尔墨特鲁斯卡(Helmut Ruska)和其他医学家立刻用来研究噬菌体等,获得很大的
7、成功。1939年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜终于问世。同年,电子显微镜首次在莱比锡国际博览会上展出,引起广泛注意。1940年,在恩斯特鲁斯卡提议下,西门子-哈斯克公司将上述实验室发展为第一个电子显微镜开放实验室,由哈尔墨特鲁斯卡任主任。实验室装备了四台电子显微镜,接纳各国学者前来做研究工作,推动了电子显微镜在金属、生物、医学等各个领域的应用与发展。在鲁斯卡工作的影响下,欧洲各国科学家先后也开始了电子显微镜的研究和制造工作。恩斯特鲁斯卡及其合作者几十年来孜孜不倦地为改进电子显微镜辛勤工作,为现代科学的发展作出了重要贡献。电子显微镜为人们观察物质微观世界开辟了新的途径。在50年代中期制成的
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