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电子显微镜的诞生

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电子显微镜的诞生
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编辑时间 : 2020-04-11

电子显微镜的诞生        http://www.mws188.com

类花费了漫长的时间才踏进微观世界。300多年前,荷兰人列文虎克成功制造出世界上第一架光学显微镜,令人类得以窥探肉眼所不能看见的奇异世界。然而,光学显微镜利用可见光视物,这大大限制了分辨率:光学显微镜的极限也只不过是细胞水平。人类对微观世界的探索难道就只能停留在细胞水平吗?

这个看似绝对的命题在上世纪初被法国著名的理论物理家德布罗意(De Broglie)打破了。一战期间,德布罗意在埃菲尔铁塔的军用无线电报站服役。他是个科学爱好者,退伍后开始攻读物理博士学位。在他哥哥莫里斯·德布罗意的带领下,他开始深入思考波粒二象性的问题。

波粒二象性的意思是,某种物质同时具备波和粒子的特性。这个概念最早由爱因斯坦于1905年提出,人们开始意识到原来光子同时具有波和电子的双重性质。德布罗意的研究工作拓展了波粒二象性的适用范围:19239月到10月期间,他连续在《法国科学院通报》上发表了三篇文章,提出任何一种接近光速运动的粒子都具有波粒二象性。

这个发现和电子显微镜有什么关系呢?1926-1927年,电子衍射现象验证了电子的波动性,人们发现电子波长比X光还要短,从而联想到可用电子射线代替可见光照明样品来制作电子显微镜,以克服光波长在分辨率上的局限性。简单地说,原本人们用光子来视物,现在,人们能够用分辨率更高的电子来视物了!

1926年,德国物理学家布施(Busch)发现,用一个旋转对称、不均匀的磁场可以作为一个“透镜”,将电子束聚集起来。这个原理类似于玻璃透镜将光束聚集起来。这个发现为电子显微镜的问世奠定了理论基础,许多天才学者马不停蹄地开始了试验。

7年后的1933年,德国物理学家厄恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)等人首次发表了关于电子显微镜的实验和理论研究,并制作出了世界上第一台电子显微镜(或者更精确一点,透射电子显微镜)。为了获得较大的放大能力,人们又研究制造了短焦距的磁场透镜,它除了会聚透镜外,再利用两个透镜作连续两次的造像。这种显微镜能在光学显微镜的基础上再放大一百倍,原先视野中模模糊糊的东西在人类眼中变得分明起来。鲁斯卡因为透射电子显微镜的发明而获得了1986年的诺贝尔奖。

   


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