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電子顯微鏡首先由Knoll 及Ruska 在實驗室研制勝利,后來在1939 年由西門子公司開始批量生產(chǎn)

以下是電鏡的幾個主要發(fā)展討論資料科學中的幾次突破性進展。

瑞典諾貝爾獎委員會把1986 年物理獎的一半頒發(fā)給E. Ruska 時的贊詞是:“為了他在電子光學基本研究方面的貢獻和設(shè)計出第一臺電子顯微鏡”。上半句是指Ruska 在Knoll 領(lǐng)導(dǎo)下,從1928 年起他在柏林高壓電機系高工實驗室做的副博士論文工作中,從事陰極射線的聚焦研討。他先用一個磁透鏡聚焦得出金屬網(wǎng)的13 倍放大像,后來用雙透鏡得出1714 倍的放大像[1 ,2 ] ,在實驗室中實現(xiàn)了電子顯微成像。下半句是指他在1930 - 1933 年間在西門子公司與Von Borries 一起研制電子顯微鏡,引進極靴及投影鏡,Zui后得出放大12 ,000 倍的像,辨別率超過光學顯微鏡,宣布第一臺電鏡的出生(關(guān)于電鏡的研制經(jīng)過,見文獻[ 3 - 8 ]) 。注意,這個贊詞中躲避了“發(fā)現(xiàn)”電子顯微鏡這個字眼,這不是一時馬虎,而是沉思熟慮的成果。由于西門子公司的M.Rüdenberg 已在1931 年5 月28 日向德、法、美等國的專利局提出用磁透鏡或靜電透鏡制作電子顯微鏡的專利申請(這是第一次呈現(xiàn)電子顯微鏡這個名詞) ,并分辨于1932 年12月和1936 年10 月獲得法、美專利局的同意(德國專利局在當年5 月30 日收到申請) 。德國通用電氣公司AEG于1930年在Brüche 引導(dǎo)下開端研討靜電透鏡成像,并在1931 年11月獲得涂上氧化物的燈絲的發(fā)射電子像。在AEG公司的反對下,Rüdenberg 的兩個電鏡專利申請直到戰(zhàn)后才在1953年和1954 年獲得西德專利局同意。從專利優(yōu)先角度來看,Rüdenberg 應(yīng)是電鏡的創(chuàng)造人。

Rüdenberg 是一位有名的電子物理學家,除了在西門子公司任科技部總工程師,還兼任柏林高工電機系教授。無論在學識、經(jīng)驗和遠見方面都很強。但是他從來沒做過磁透鏡成像工作, 他的專利申請全憑理論推測得出。據(jù)Rüdenberg 及他兒子事后說,1930 年他的另一個兒子得了小兒麻木癥,這是由一種過濾性病毒引起的,受到分辯率的限制,光學顯微鏡對此無能為力。Rüdenberg 為此曾想到用X射線或電子束制造分辯率更高的顯微鏡[8] 。但是,他從來沒有發(fā)表過這方面的論文,在電鏡界也不著名。

對于Rüdenberg 的電鏡專利申請,Ruska 及Knoll 是有見解的。由于在1931 年5 月里,Rüdenberg 的助手M. Steenbeck曾往Knoll 的試驗室參觀,懂得到Ruska 的實驗成果,并且看到了Knoll 將在6 月4 日做的有關(guān)Ruska 工作的學術(shù)報告手稿,標題是“陰極射線示波器的設(shè)計及新構(gòu)造的原理”,在他們的第一篇論文中也沒提到電子顯微鏡。就在Knoll 的6 月4 日學術(shù)報告的前幾天,Rüdenberg 代表西門子公司在5月28 日向德、法、美等國的專利局提出了電子顯微鏡的專利申請。因此Knoll 和Ruska 發(fā)生一些猜忌也是可以懂得的。不過,關(guān)于電鏡發(fā)現(xiàn)權(quán)的爭執(zhí)沒有持續(xù)下往。首先,Rüdenberg 在希特勒開端危害猶太人后于1936 年移居英國,

兩年后去美,接著二次世界大戰(zhàn)就爆發(fā)了。其次,Ruska 與Von Borries 在1937 年2 月開端參加西門子公司從事電鏡開發(fā)工作,在1939 年制作出第一臺辨別率為7 納米、放大倍率為3 萬倍的商品電鏡。他倆與Rüenberg 先后屬于一個公司(專利權(quán)重要屬于西門子公司) 不便爭辯發(fā)明權(quán)問題。再就是二次世界大戰(zhàn)隨后爆發(fā),戰(zhàn)事的緊急性掩飾了這種爭議。此外,除了Knoll-Ruska 與Rüdenberg 爭創(chuàng)造電鏡的優(yōu)先權(quán)外,西門子與AEG兩至公司也在爭辯不休,為了平息這些爭辯當時德國的Zui高學術(shù)集團普魯士科學院在1941年7 月3 日將萊布尼茲銀質(zhì)獎頒發(fā)給了AEG 公司的Brüche ,Mahl 及Boersch 和西門子公司Knoll ,Ruska ,Von Borries 及Von Ardenne ,結(jié)果是皆大歡樂。

戰(zhàn)后,Steenbeck 在前蘇聯(lián)工作直到1956 年7 月才回到東德。那時,Knoll 也從美國回到西德,他仍念念不忘Steenbeck 曾在Rüdenberg 申請專利前往他的試驗室參觀一事,因此在1960 年10 月17 日寫了一封信給Steenbeck ,盼望懂得當時的具體情形。Steenbeck 在11 月8 日的復(fù)信中承認了他在參觀后向Rüdenberg 做了匯報,并說“Rüdenberg 的(專利:譯者加) 申請確定是我拜訪你的成果,也確定是從我的見聞中得到的啟發(fā)”[5 ] 。

Steenbeck 的信一頒布后大眾輿論一下都偏向Ruska一邊,Ruska 也在研制出電鏡五十年后得到諾貝爾獎。但是,Ruska 一直不以電鏡發(fā)現(xiàn)人自居, 而只是說自己是“Urheber”(引路人) 。在他獲得諾貝爾獎后做的諾貝爾演講的題目是“電子顯微鏡的發(fā)展與電子顯微學”電子顯微鏡報告中未用“創(chuàng)造”這個詞, 也沒提到Rüdenberg。盡管如此, 固然老Rüdenberg 過世,他的兩個兒子在美國還是不斷宣揚他們父親在電子物理方面的成就及遠見[8 ] 。一再說,在他父親提出電子顯微鏡這個概念之前,Knoll 及Ruska 一直是在講陰極射線示波器(如文獻1 的標題) 。德國AEG公司的Brüche等也不服氣,以為電鏡的出生不是Ruska 一個人的功績。

看來,Knoll 及Ruska 埋頭試驗,就事論事,發(fā)明了新現(xiàn)象后沒有把它上升到理性認識。因此,起初他們的認識仍然局限于陰極射線管的聚焦現(xiàn)象,看不到它的廣泛和深遠意義。1925 年de Broglie 指出電子的粒子和波動雙重性理論,1927 年Thompson 在英國及Davisson 和Germer 在美國同時發(fā)明電子衍射現(xiàn)象,在這之后,應(yīng)用電子成像本是順理成章的事。但是,Knoll 及Ruska 在從事陰極射線聚焦工作時并不理解這個道理。當Houtermans 向Ruska 提出電子的波動性后,Ruska“先是大為掃興,認為辨別率將又一次受到波動性的限制。但是,很快我又高興起來,由于依據(jù)de Broglie方程,我盤算出電子的波長比光波要小5 個數(shù)目級”[3 ] 。Rüdenberg 是理論家,在電鏡界似乎無人知曉,但是他在受到實驗家的啟示后,立即想到應(yīng)用電磁透鏡制作電子顯微鏡,開拓了一個新范疇。只是他揀了一個廉價,又不肯承認從實踐中得到啟示。盡管他加入了Knoll 在1931 年的報告會,坐在第一排,但討論中一言不發(fā),也不流露他已于一周前遞交了電鏡的專利申請?？梢娝歉苌?用心不良。但是他究竟棋高一著,首先認識到可以用電磁透鏡成像制造電子顯微鏡,而電子顯微鏡這個名稱也首先呈現(xiàn)在他的專利申請中。從這個事件也可以看出在科學研討中,實踐與理論相聯(lián)合的主要性。

電子顯微鏡的發(fā)明開拓了直接察看原子的道路,早在幾十年前就應(yīng)得諾貝爾獎,由于有上述瓜葛,直到五十年后,所有其它有爭議的人都已過世,才頒發(fā)給理應(yīng)得此殊榮而又碩果僅存在的Ruska。Ruska 得獎后兩年也就去世了,幸虧他長壽,不然也就與諾貝爾獎失之交臂了。Ruska 終生從事電子顯微鏡的研制和生產(chǎn)工作,但不但在實驗室中研制勝利第一臺分辯率超過光學顯微鏡的電鏡,并且親身加入商品電鏡的設(shè)計及制造工作。二次世界大戰(zhàn)后,他又回到西門子公司,在1954 年生產(chǎn)出帶有電子衍射功效的電鏡Elmiskop ,采取雙聚光鏡以減小電子束照耀面積和試樣升溫,應(yīng)用冷阱以減少試樣污染等,甚受用戶歡迎,英國劍橋大學幾年內(nèi)就購買8 臺這種電鏡。Hirsch 等就是應(yīng)用這種型號的電鏡在1955～1956 年間視察到金屬薄膜中的位錯活動,證實位錯理論的準確。在這之后,電鏡在資料科學中利用才像雨后春筍一樣地在全世界廣泛開展起來,后來,Ruska 到馬普學會Fritz2Haber 研究所任所長(二次世界大戰(zhàn)后,勞厄任第一任所長) ,主管電子光學和電子顯微學方面的研究工作,直到退休。象Ruska 自己承認的那樣,他是一個工程師,理論成就不高,但是他以一種少有的執(zhí)著精力,在戰(zhàn)斗損壞、經(jīng)費無著、人手缺乏等情形下,在電鏡技巧方面不斷創(chuàng)新,終于獲得很巨大的成績。他獲得諾貝爾物理獎是當之無愧的!