電子顯微鏡首先由Knoll 及Ruska 在實驗室研制成功,後來在1939 年由西門子公司開始批量生產 以下是電鏡的幾個重要發展討論材料科學中的幾次突破性進展。瑞典諾貝爾獎委員會把1986 年物理獎的壹半頒發給E. Ruska 時的贊詞是:“為了他在電子光學基礎研究方面的貢獻和設計出第壹臺電子顯微鏡”。上半句是指Ruska 在Knoll 指導下,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究。他先用壹個磁透鏡聚焦得出金屬網的13 倍放大像,後來用雙透鏡得出1714 倍的放大像[1 ,2 ] ,在實驗室中實現了電子顯微成像。下半句是指他在1930 - 1933 年間在西門子公司與Von Borries 壹起研制電子顯微鏡,引入極靴及投影鏡,最後得出放大12 ,000 倍的像,分辨率超過光學顯微鏡,宣告第壹臺電鏡的誕生(關於電鏡的研制經過,見文獻[ 3 - 8 ]) 。註意,這個贊詞中回避了“發明”電子顯微鏡這個字眼,這不是壹時馬虎,而是深思熟慮的結果。因為西門子公司的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造電子顯微鏡的專利申請(這是第壹次出現電子顯微鏡這個名詞) ,並分別於1932 年12月和1936 年10 月獲得法、美專利局的批準(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於1930年在Brüche 領導下開始研究靜電透鏡成像,並在1931 年11月獲得塗上氧化物的燈絲的發射電子像。在AEG公司的反對下,Rüdenberg 的兩個電鏡專利申請直到戰後才在1953年和1954 年獲得西德專利局批準。從專利優先角度來看,Rüdenberg 應是電鏡的發明人。Rüdenberg 是壹位著名的電子物理學家,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Rüdenberg 及他兒子事後說,1930 年他的另壹個兒子得了小兒麻痹癥,這是由壹種過濾性病毒引起的,受到分辨率的限制,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辨率更高的顯微鏡[8] 。但是,他從來沒有發表過這方面的論文,在電鏡界也不知名。對於Rüdenberg 的電鏡專利申請,Ruska 及Knoll 是有看法的。因為在1931 年5 月裏,Rüdenberg 的助手M. Steenbeck曾去Knoll 的實驗室參觀,了解到Ruska 的實驗結果,並且看到了Knoll 將在6 月4 日做的有關Ruska 工作的學術報告手稿,題目是“陰極射線示波器的設計及新結構的原理”,在他們的第壹篇論文中也沒提到電子顯微鏡。就在Knoll 的6 月4 日學術報告的前幾天,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 產生壹些懷疑也是可以理解的。不過,關於電鏡發明權的爭執沒有繼續下去。首先,Rüdenberg 在希特勒開始迫害猶太人後於1936 年移居英國,兩年後去美,接著二次世界大戰就爆發了。其次,Ruska 與Von Borries 在1937 年2 月開始加入西門子公司從事電鏡開發工作,在1939 年制造出第壹臺分辨率為7 納米、放大倍率為3 萬倍的商品電鏡。他倆與Rüenberg 先後屬於壹個公司(專利權主要屬於西門子公司) 不便爭論發明權問題。再就是二次世界大戰隨後爆發,戰事的緊迫性掩蓋了這種爭議。此外,除了Knoll-Ruska 與Rüdenberg 爭發明電鏡的優先權外,西門子與AEG兩大公司也在爭論不休,為了平息這些爭論當時德國的最高學術團體普魯士科學院在1941年7 月3 日將萊布尼茲銀質獎頒發給了AEG 公司的Brüche ,Mahl 及Boersch 和西門子公司Knoll ,Ruska ,Von Borries 及Von Ardenne ,結果是皆大歡喜。戰後,Steenbeck 在前蘇聯工作直到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 申請專利前去他的實驗室參觀壹事,因此在1960 年10 月17 日寫了壹封信給Steenbeck ,希望了解當時的具體情況。Steenbeck 在11 月8 日的復信中承認了他在參觀後向Rüdenberg 做了匯報,並說“Rüdenberg 的(專利:譯者加) 申請肯定是我訪問妳的結果,也肯定是從我的見聞中得到的啟迪”[5 ] 。Steenbeck 的信壹公布後,公眾輿論壹下都傾向Ruska壹邊,Ruska 也在研制出電鏡五十年後得到諾貝爾獎。但是,Ruska 壹直不以電鏡發明人自居, 而只是說自己是“Urheber”(引路人) 。在他獲得諾貝爾獎後做的諾貝爾演講的標題是“電子顯微鏡的發展與電子顯微學”[4]報告中未用“發明”這個詞, 也沒提到Rüdenberg。盡管如此, 雖然老Rüdenberg 過世,他的兩個兒子在美國還是不斷宣傳他們父親在電子物理方面的造詣及遠見[8 ] 。壹再說,在他父親提出電子顯微鏡這個概念之前,Knoll 及Ruska 壹直是在講陰極射線示波器(如文獻1 的題目) 。德國AEG公司的Brüche等也不服氣,認為電鏡的誕生不是Ruska 壹個人的功勞。看來,Knoll 及Ruska 埋頭實驗,就事論事,發現了新現象後沒有把它上升到理性認識。因此,起初他們的認識仍然局限於陰極射線管的聚焦現象,看不到它的普遍和深遠意義。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 在美國同時發現電子衍射現象,在這之後,利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並不懂得這個道理。當Houtermans 向Ruska 提出電子的波動性後,Ruska“先是大為失望,以為分辨率將又壹次受到波動性的限制。但是,很快我又興奮起來,因為根據de Broglie方程,我計算出電子的波長比光波要小5 個數量級”[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發後,立刻想到利用電磁透鏡制造電子顯微鏡,開辟了壹個新領域。只是他揀了壹個便宜,又不肯承認從實踐中得到啟發。盡管他參加了Knoll 在1931 年的報告會,坐在第壹排,但討論中壹言不發,也不透露他已於壹周前遞交了電鏡的專利申請。可見他城府很深,居心不良。但是他畢竟棋高壹著,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出現在他的專利申請中。從這個事件也可以看出在科學研究中,實踐與理論相結合的重要性。電子顯微鏡的發明開辟了直接觀察原子的途徑,早在幾十年前就應得諾貝爾獎,由於有上述瓜葛,直到五十年後,所有其它有爭議的人都已過世,才頒發給理應得此殊榮而又碩果僅存在的Ruska。Ruska 得獎後兩年也就逝世了,幸虧他長壽,不然也就與諾貝爾獎失之交臂了。Ruska 畢生從事電子顯微鏡的研制和生產工作,但不但在實驗室中研制成功第壹臺分辨率超過光學顯微鏡的電鏡,並且親自參加商品電鏡的設計及制造工作。二次世界大戰後,他又回到西門子公司,在1954 年生產出帶有電子衍射功能的電鏡Elmiskop ,采用雙聚光鏡以減小電子束照射面積和試樣升溫,使用冷阱以減少試樣汙染等,甚受用戶歡迎,英國劍橋大學幾年內就購置8 臺這種電鏡。Hirsch 等就是使用這種型號的電鏡在1955～1956 年間觀察到金屬薄膜中的位錯運動,證明位錯理論的正確。在這之後,電鏡在材料科學中應用才像雨後春筍壹樣地在全世界普遍開展起來,後來,Ruska 到馬普學會Fritz2Haber 研究所任所長(二次世界大戰後,勞厄任第壹任所長) ,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,他是壹個工程師,理論造詣不高,但是他以壹種少有的執著精神,在戰爭破壞、經費無著、人手短缺等情況下,在電鏡技術方面不斷創新,終於獲得很偉大的成就。他獲得諾貝爾物理獎是當之無愧的!
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