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电子显微镜|神秘的它终于现出真身( 二 )


电子显微镜|神秘的它终于现出真身
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      鲁斯卡1933年研制的透射电子显微镜(图片来自网络)
电子显微镜|神秘的它终于现出真身
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鲁斯卡(右)和克诺尔在他们研制的透射电子显微镜上工作(图片来自网络)
 
在那个年代 ， 尽管鲁斯卡等人为电子显微镜的发明专利所属争得沸沸扬扬 ， 但人类探索微观世界的第二扇门已被开启 。
1939年 ， 鲁斯卡与德国的古斯塔夫·考什(GustavKausche)、埃德加?潘库奇(EdgarPfannkuch)一起在透射电子显微镜下观察到了烟草花叶病毒(TobaccoMosaic Virus ， 简称TMV)微小的杆状颗粒(直径18纳米、长300纳米) ， 这是人类有史以来第一次看到病毒的“真身” 。 此时 ， 距1898年贝杰林克首次证实有烟草花叶病毒的存在已过去了40多年 。
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透射电子显微镜下的烟草花叶病毒(图片来自网络)
(题外话：鲁斯卡对电子显微镜技术的发展作出了杰出贡献 ， 可他得到的表彰来得挺晚 ， 直到50年多后的1986年 ， 鲁斯卡与后来的扫描隧道显微镜发明者分享了诺贝尔物理学奖 ， 那时他虽已是垂垂老者但毕竟还活着——长寿很重要 ， 鲁斯卡1988年5月逝世) 。
 · 并未止步 ·
透射电子显微镜具有很高的空间分辨率(0.1-0.2纳米)主要用于观察样品的内部结构 ， 因其景深较小 ， 对样品的表面形貌并不敏感 。 如何解决这个问题呢？
德国的雨果·斯蒂青(Hugo Stintzing)1929年时提出过一种可用于样品表面形貌观察的扫描电子显微镜(ScanningElectron Microscopy ， 简称SEM)工作原理(利用电子束与样品之间的相互作用来获得样品表面的高分辨率图像) 。 克诺尔也曾用实验演示验证过这个原理 ， 可惜他并未研制出有实用价值的原型 。
直到1937年 ， 德国的曼弗雷德·阿登(ManfredArdenne)对此有了新思路：在透射电子显微镜中加上扫描线圈使电子束可聚焦成一束细微的探针用来扫描样品 。 穿过样本的电子被收集起来 ， 在接收屏幕上显示出不同的电子强度 ， 最后创建出高分辨率的接收图像 。 阿登成功地研制出第一台扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope ， 简称STEM) 。
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            曼弗雷德?阿登(Manfred Ardenne)(图片来自网络)
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阿登研制的扫描电子显微镜(图片来自网络)
美籍俄罗斯人弗拉基米尔·兹沃里金(VladimirZworykin)的贡献也不能忽略 ， 他研究的重点是如何提高电磁场改变带电粒子运动轨迹的能力(要知道 ， 世界上第一台实用的电视摄像机就是他发明的) ， 他对原理相近的电子显微镜也十分感兴趣 。 兹沃里金领导的团队与加拿大的詹姆斯?希利尔(James Hillier)合作 ， 对电子显微镜系统进行了重大改进 ， 使电子束对观测样品进行扫描的技术取得了重大进步 。 1940年 ， 扫描电子显微镜首次实现了超过10万倍的放大 ， 促使生物学和医学领域的研究发生了革命性的变化 。
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弗拉基米尔?兹沃里金(Vladimir Zworykin)、詹姆斯?希利尔(James Hillier)
(图片来自网络)
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兹沃里金(右)与希利尔在他们研制的扫描电子显微镜上工作(1942年)(图片来自网络)
1942年 ， 兹沃里金等人开始研制利用反射电子束作为探测信号的扫描电子显微镜 ， 只是噪声过大并不很实用 。 由于第二次世界大战的影响 ， 相关研究停滞了一段时间 。 二战结束后 ， 英国剑桥大学的查尔斯·奥特利(Charles Oatley)和他的学生丹尼斯·麦克穆兰(DennisMcMullan)继续开展这方面的研究 。 1951年 ， 他们研制出真正实用的扫描电子显微镜 ， 第二年就实现了50纳米的分辨率 。 此后 ， 在一系列关键技术问题获得解决后 ， 扫描电子显微镜的技术发展更为迅猛 。
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