徠卡顯微鏡——電子顯微鏡的產(chǎn)生基礎

徠卡顯微鏡的科研團隊為了開發(fā)具有更高分辨能力的儀器，必須尋找更短波長6t照明物質(zhì)以及能對它實現(xiàn)焦焦、控制的“透鏡”。以電子光學為作用原理的電子顯微鏡就是這樣一種儀器。所謂電子光學是指研究和利用電子流的偏轉(zhuǎn)、聚焦和成象規(guī)律的一門學科。它的基礎是下列三項發(fā)現(xiàn)；

（一）．J．J．Thomson（1872）證明了電子的存在；

（二）．L．deBroglie（1923）關于物質(zhì)的微粒、波動二象性的推論‘

（三）.H.Busch（1926）發(fā)現(xiàn)了軸對稱分布的電、磁場對帶電粒子的透鏡作用。

首先來討論徠卡電子顯微鏡中的照明物質(zhì)一—電子流。根據(jù)上述（一）（二）兩項，我們可以把運動著的電子流看作一個電子波，它向電子運動的方向以勻速并隨時間作正弦變化的方式前進。1927年D9v比on和Germer發(fā)現(xiàn)的電子衍射現(xiàn)象更確定無疑地用實驗證實了電子的波動性，并進而測定驗證了關系式，為了推算電子波長，我們假設質(zhì)量為M、電荷為（一‘）的電子所具有的韌速為零。當其通過一個電勢從o變到Y(jié)o的區(qū)域后，速度便變?yōu)?。因此電子的動量嚴和動能x分別為：zui后可以得出電子波長的表達式為：應該指出，對于高速運動的電子，其質(zhì)量將隨速度的增加而增加。例如加速電壓yo＝lookV時，電子質(zhì)量特發(fā)生5％的改變。為此必須考慮電子質(zhì)量的相對論修正。修正后的公式為：式中電子波長A的單位為M，相對論修正電壓vL的單位持）。下面舉例表示電子波長與加速電壓的關系

V0（KV） VR（KV） Α（NM）

50              52.5           0.0053

80             86.5            0.0042

100           110             0.0037

120           134             0.0033

160           185             0.0029

200           239             0.0025

300           388             0.0020

從表中的數(shù)量級可以看出，徠卡顯微鏡電子波的確是一種比光波短得多的可用照明物質(zhì)。

電子顯微鏡的另一必要部件就是能將電子束聚焦的透鏡一電子透鏡。為了定性說明其工作原理，可以采用一個員簡單的例子，即由螺旋線圈繞制成的長空心圓柱，也稱長螺線管。當這種線圈中通有電流時，就會在其中心軸附近產(chǎn)生近似均勻的磁場。根據(jù)有手定則可知，這種磁場是在沿抽（Z）方向的。當高速運動的電子（一‘）進入此場區(qū)后，就會受到磁場的kren檀力（歹）作用。它正比于電子速度與磁場強度的叉乘值，即萬＝一Mx萬。進入磁場區(qū)的電子初速；?？煞殖啥糠謥碛懻撝荩饺胂痩。平行于磁場方向的速度分星辦即5z，它與磁場的作用力為零，所以電子沿軸方向的速度不會發(fā)生變化。垂直于磁場方向的速度分量5L受到的磁場作用力，既垂直于此韌速分量的方向，又垂直于磁場的方向，因此它是一種均勻的向心作用力。zui終的效果是電子在沿韌前進的同時，還繞中心軸作勻速圓周運動，其空間軌跡是一條螺旋線（見圖1—2）。

徠卡顯微鏡可以證明由同一物點（產(chǎn)）發(fā)出的初速不同的電子，經(jīng)一定距離后都將會聚在同一像點（Pf）。這就是磁透鏡的雛型。應該強調(diào)指出的是碰透鏡對高速運動的電子具有使其旋轉(zhuǎn)并會聚（成像）的作用。團1—2均勻磁場中的電子軌跡（十一物6，夕一相應的傻點）。

電子顯微鏡中的電子透鏡可以是靜電式或（電）磁式的。為由多電極組成的靜電透鏡，對屏蔽及真空系統(tǒng)的要求較高，目前大多采用（電）磁透鏡。只是根據(jù)不同部位處的不同要求透鏡的設計和構(gòu)造可有所不同。

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