三位显微镜设计的开拓者昨天获得了诺贝尔物理学奖,从而大大扩大了人类深入窥测微观世界的能力。
获奖者是1931(原文如此)年发明电子显微镜的德国科学家恩斯特 · 鲁斯卡博士和1981年发明一种能够勘测个别原子表面的装置的在瑞士的国际商用机器公司实验室成员瑞士科学家海因里希 · 罗赫尔和联邦德国科学家格尔德 · 宾尼格。
电子显微镜五十年来为显微镜学爆炸性的成长树立了丰碑。凑巧的是授予两位美国人和一位加拿矢人的诺贝尔化学奖也是由于他们研制成功了可以窥测自然世界进行加工的新工具:把一种化学反应转变为另一种反应,帮助现代化学解决分子水平的蜕变问题。
物理学家获奖者之一鲁斯卡博士今年79岁(1986年,下同)将独得奖金的半数29万美元。宾尼格博士今年的岁,罗赫尔博士今年53岁,将共同分得奖金的另一半数。
鲁斯卡博士是西柏林马克思 · 普朗克研究院弗列茨 · 哈勃研究所的科学家。他那长期用作研究工具的电子显微镜已经在一系列的科学领域内进行了绘测包括金属、病毒和蛋白质分子以及其他生物结的研究。
电子显微镜的现代后裔扫描式隧道效应显微镜在材料表面研究方面已经开始发挥了它的重要作用,它由瑞士苏黎世的国际商用机器公司研究实验室所开发,在一个原子范围内显示金、硅、镍和石墨等物质的表面结构还是第一次。
它能在半导体薄的膜片上和其他材料中准确地测定碳或氧原子的位置,并记录对计算机开发者说来特别重要的其他性能和超小结构。鲁斯卡博士电子显微镜的发明,为高倍数放大开辟了一个新时期,由于它在生物和医学等许多领域的用途,诺贝尔奖状誉之为“本世纪最重要的发明之一”。例如它在金属、病毒、蛋白质分子和许多生物结构的其他研究方面进行了绘测。
早先,显微镜在观察极小范围标本的能力方面是受到用于照明目的物的光的波长的限制的,自从电光散射形成了标本图像,就有可能看到那种比光的波长更短的面貌。但是这仍然表明能够为这种显微镜所看清楚的最小的物件还是比单个的原子大几千倍。
但是1924年,路易斯 · 德布洛格里提出原子的像电子之类的粒子,是以波一般的形态运动的,这一点在以后三年中取得了实验验证。电子加速到十万伏,就具有比光的标准波长短十万倍的波长。就在那时,当他还是柏林工业大学一名学生的鲁斯卡博士发现了一个磁性线圈,能够十分像普通显微镜的玻璃透镜把光线聚焦那样把电子束也聚焦,结果他和一位同事创制了第一台电子显微镜。
大生产接踵而至
两个磁性透镜的耦合和一些其他的改进,他在1933年第一次制成了一个模型,显示出比普通显微镜的显微能力更大。这一来,不久便导致了它的大量生产。
过去几十年里、设计上的繁复有增无减。利用磁性透镜扩展放大率和校正透镜成像所产生的畸变,需要高度真空以避免电子线束的干扰,需要屏蔽以防止操作者受高能电子碰撞所产生的X射线的照射。
在最早的设计中,电子经过切片必须很薄的标本,根据穿过材料发生偏转的电子的状况而产生图像。
于是就像电视机那样、电子降落在特殊的摄影胶片或荧光屏幕上,图像能够大大放大。在视觉上或者因电子加厚而放大,这种方法同样可以用于许多光学显微镜和天文望远镜上。
后来的扫描式电子显微镜,在用电子线束照明标本后,间接标明电子从表面向后散射。两种方法在往回退时将使标本被电子所撞击,使标本有所改动或者受到损坏。
(The New York Times,1986年10月16日号)