manbet手机版1986年10月15日

manbet手机版瑞典皇家科学院manbet手机版已决定将1986年诺贝尔物理学奖的一半授予

manbet手机版教授。manbet手机版恩斯特Ruskamanbet手机版，弗里茨-哈伯-马克斯-普朗克研究所，柏林，德意志联邦共和国，manbet手机版表彰他在电子光学方面的基础性工作，并设计了第一台电子显微镜

manbet手机版另一半，共同给

manbet手机版博士manbet手机版Gerd Binnigmanbet手机版博士和manbet手机版Heinrich Rohrermanbet手机版， IBM研究实验室，瑞士苏黎世;manbet手机版为他们设计的扫描隧道显微镜manbet手机版．

manbet手机版总结

manbet手机版今年的诺贝尔物理学奖有一半被授予manbet手机版恩斯特Ruskamanbet手机版获奖理由:“他在电子光学方面的基础性工作和设计了第一台电子显微镜”。manbet手机版电子显微镜在诸如生物学和医学等不同科学领域的意义现已完全确立:它是本世纪最重要的发明之一。

manbet手机版它的发展始于鲁斯卡在20世纪20年代末作为柏林技术大学的一名年轻学生所进行的工作。manbet手机版他发现磁性线圈可以充当电子透镜，这样的电子透镜可以用来获得被电子照射过的物体的图像。manbet手机版他把两个电子透镜连在一起，制成了一个原始的显微镜。manbet手机版他很快改进了各种细节，并于1933年制造出第一台电子显微镜，其性能明显优于传统光学显微镜。manbet手机版罗斯卡随后积极地为商业批量生产的电子显微镜的发展做出了贡献，这些显微镜迅速在许多科学领域得到了应用。

manbet手机版从那以后，电子显微镜通过技术改进和全新设计的出现得到了发展，其中包括扫描隧道电子显微镜。manbet手机版许多研究人员都参与了这项研究和早期的开发，但鲁斯卡的开创性工作显然是杰出的成就。

manbet手机版今年奖项的另一半颁给了manbet手机版Gerd Binnigmanbet手机版和manbet手机版Heinrich Rohrermanbet手机版获奖理由是“他们设计的扫描隧道显微镜”。manbet手机版这种仪器不是真正的显微镜(即直接成像物体的仪器)，因为它的原理是可以使用触针在固定距离上扫描表面来研究表面的结构。manbet手机版触控笔的垂直调整是通过所谓的隧道效应来控制的-因此仪器的名称。manbet手机版笔尖和表面之间的电势导致电流在它们之间流动，尽管它们没有接触。manbet手机版电流的强度强烈地依赖于距离，这使得保持距离常数约为10成为可能^{manbet手机版7}manbet手机版厘米(即大约两个原子直径)。manbet手机版手写笔也非常锋利，笔尖是由一个原子组成的。manbet手机版这使它能够跟踪它正在扫描的表面的甚至最小的细节。manbet手机版记录笔尖的垂直运动使得研究表面原子的原子结构成为可能。

manbet手机版扫描隧道显微镜是全新的，到目前为止我们只看到了它发展的开端。manbet手机版然而，很明显，研究物质结构的全新领域正在打开。manbet手机版宾宁和罗勒的伟大成就是，从早期的工作和思想出发。manbet手机版他们已经成功地克服了制造精密和稳定仪器所涉及的巨大实验困难。

manbet手机版背景信息

manbet手机版传统显微镜的发明代表了科学的一大进步，特别是在生物学和医学方面。manbet手机版随着越来越好的显微镜被制造出来，人们发现存在一个不能超过的极限。manbet手机版这与光的波动特性有关。manbet手机版利用光波，不可能分辨出比光波波长更小的细节。manbet手机版“分辨率”一词指的是图像中两个细节之间的距离。manbet手机版对于使用可见光的传统显微镜，分辨率约为4 000 Å (1 Å， ngstrom = 10)^{manbet手机版8}manbet手机版厘米)。

manbet手机版当人们发现利用电子束产生物体图像成为可能时，显微镜学取得了重大突破。manbet手机版研究的起点是发现磁线圈可以像光学透镜一样工作。manbet手机版一束发散的电子通过线圈被聚焦到一点上。manbet手机版合适的电场也可以作为电子光学透镜。manbet手机版使用这种类型的透镜，可以得到被电子照射的物体的放大图像。manbet手机版图像被记录在荧光屏或照相板上。manbet手机版它也被证明可以组合两个或更多的镜头来增加放大倍率。manbet手机版这项工作于20世纪20年代末在柏林工业大学进行。

manbet手机版对这一发展作出最大贡献的科学家是恩斯特·鲁斯卡。manbet手机版作为一名年轻的学生，他和他的导师Max Knoll一起开始研究简单的磁线圈，他发现使用适当设计的铁封装改善了它们的电子光学性能。manbet手机版最重要的是，现在可以制造出短焦距的镜头。manbet手机版如果需要高放大倍率，这是必不可少的。manbet手机版使用串联的两个线圈，鲁斯卡实现了15倍的放大。manbet手机版尽管这是一个一般的结果，但它仍然代表了电子显微镜的第一个原型。manbet手机版鲁斯卡随后致力于改进细节，并于1933年制造了第一台现代意义上的电子显微镜——一种比传统光学显微镜性能好得多的仪器。manbet手机版随后，他被西门子公司任命，并参与了第一台商用、批量生产的电子显微镜的开发，该显微镜于1939年进入市场。manbet手机版这一事件可能被认为是电子显微镜的真正突破。

manbet手机版从那时起，电子显微镜的发展已经非常广泛。manbet手机版它的分辨能力在理论上可以被认为是无限的，因为电子是一个点状粒子。然而，根据量子力学，每个粒子都有波动的特性，这给确定它的位置带来了不确定性。manbet手机版这为通常使用的0.5 - 1 Å数量级的加速度势设定了分辨率的理论限制。manbet手机版在实践中，已经实现了低至1 Å左右的分辨率。

manbet手机版鲁斯卡发明的这种电子显微镜被称为透射显微镜。manbet手机版要检查的物体是一个薄片。manbet手机版电子束直接穿过它，就像光在光学显微镜中穿透物体一样。manbet手机版然而，还有几种其他类型的电子显微镜，除了透射显微镜外，最重要的可能是扫描电子显微镜。manbet手机版在这种情况下，高度聚焦的电子束击中物体。manbet手机版发射的二次电子由检测器收集并记录电流。manbet手机版磁线圈使电子束扫描物体的方式与电视显像管的光束相同。manbet手机版二次电子发射的变化可以用来建立图像。manbet手机版其优点是大的聚焦深度，这给了一个三维图像，而不是与透射显微镜获得的截面图像。manbet手机版然而，分辨率较差。 These two types of microscope thus complement each other.

manbet手机版在过去的几十年里，随着技术的改进和全新的设计，电子显微镜得到了极大的发展。manbet手机版它的重要性再怎么强调也不为过，在这种背景下，最早的基础性工作的重要性变得越来越明显。manbet手机版虽然许多研究人员都参与其中，但罗斯卡的贡献显然占主导地位。manbet手机版他的电子光学研究和第一台真正的电子显微镜的建造对未来的发展至关重要。

manbet手机版对显微镜发展的最新贡献是所谓的扫描隧道显微镜。manbet手机版它的原理与其他显微镜完全不同。manbet手机版用一种机械装置来感应表面的结构。manbet手机版在这一点上，其原理与盲文阅读相同。manbet手机版在盲文中，是读者的手指来检测所输入的字符，但如果用精细的手写笔穿过一个表面，可以获得一个表面的更详细的地形图像，手写笔的垂直运动被记录下来。manbet手机版决定图像细节数量的是——分辨率——是触控笔的清晰度以及触控笔跟随表面结构的程度。manbet手机版显然，如果笔尖太尖，它很快就会被破坏。manbet手机版同时，表面的小结构细节可能会被机械接触损坏，解决这个问题的一种方法是使触笔与表面保持一个小的、恒定的距离。第一个成功做到这一点的是美国国家标准局的美国物理学家罗素·杨。manbet手机版他利用了被称为场发射的现象。manbet手机版如果在笔尖和表面之间施加足够高的电位，则电流的强度取决于笔尖表面的距离。 If regulated by a servo mechanism controlled by the current, this distance can be kept constant without mechanical contact. Young succeeded in building an instrument that worked on this principle. The distance between the stylus tip and the surface was approximately 200 Å. Its resolution was thus considerably poorer than that of an electron microscope

manbet手机版然而，杨意识到，应该可以通过所谓的隧道效应来获得更好的分辨率。这是一种量子力学效应，允许电子(以及其他粒子)穿过一个区域，根据经典物理学，由于缺乏足够高的能量，它不可能存在。manbet手机版可以说，它通过量子力学的隧道穿越了一座势山;manbet手机版因此得名隧道显微镜。manbet手机版这意味着，如果触控笔的尖端离表面足够近(10 Å，即1-2个原子直径)，即使在低电压下也会有电流流过。manbet手机版与场发射一样，应该可以在没有机械接触的情况下控制触控笔。manbet手机版然而，由于涉及到特别大的实验困难，杨无法将这一想法转化为实践

manbet手机版第一批成功制造扫描隧道显微镜的研究人员是瑞士苏黎世IBM研究实验室的Gerd binning和Heinrich Rohrer。manbet手机版他们成功的原因是机械设计的异常精确，其中一个例子是，通过将显微镜安装在一个沉重的永磁体上，该永磁体自由漂浮在超导铅盘上，消除了来自环境的干扰振动。manbet手机版现在已经开发出体积更小但同样有效的稳定、无干扰悬浮显微镜的装置。manbet手机版压电元件用于控制触控笔在两个垂直方向上的水平运动，使其扫描表面呈一条长长的平行线——因此得名扫描显微镜。触控笔的垂直运动是用另一个压电元件控制和测量的。manbet手机版使用一种特殊的技术，可以制造出尖端由单个原子组成的触控笔。manbet手机版因此，图像的精度特别高。manbet手机版水平分辨率约为2 Å，垂直分辨率为2。manbet手机版大约0.1 Å。manbet手机版这使得描绘单个原子成为可能，也就是说，尽可能详细地研究被检查表面的原子结构。

manbet手机版很明显，这种技术具有非凡的前景，而我们到目前为止只看到了它发展的开端。manbet手机版不同科学领域的许多研究小组现在都在使用扫描隧道显微镜。manbet手机版表面研究是物理学的重要组成部分，在半导体物理和微电子学中有着特殊的应用。manbet手机版在化学中，表面反应也起着重要的作用，例如在催化方面。manbet手机版将有机分子固定在表面上并研究它们的结构也是可能的。manbet手机版在其他应用中，这项技术已被用于DNA分子的研究。