徠卡顯微鏡——電子顯微鏡的產(chǎn)生基礎(chǔ)

徠卡顯微鏡——電子顯微鏡的產(chǎn)生基礎(chǔ)

徠卡顯微鏡的科研團(tuán)隊(duì)為了開(kāi)發(fā)具有更高分辨能力的儀器，必須尋找更短波長(zhǎng)6t照明物質(zhì)以及能對(duì)它實(shí)現(xiàn)焦焦、控制的“透鏡”。以電子光學(xué)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(xué)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(mén)學(xué)科。它的基礎(chǔ)是下列三項(xiàng)發(fā)現(xiàn)；

（一）．J．J．Thomson（1872）證明了電子的存在；

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

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

首先來(lái)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(xiàng)，我們可以把運(yùn)動(dòng)著的電子流看作一個(gè)電子波，它向電子運(yùn)動(dòng)的方向以勻速并隨時(shí)間作正弦變化的方式前進(jìn)。1927年D9v比on和Germer發(fā)現(xiàn)的電子衍射現(xiàn)象更確定無(wú)疑地用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子的波動(dòng)性，并進(jìn)而測(cè)定驗(yàn)證了關(guān)系式，為了推算電子波長(zhǎng)，我們假設(shè)質(zhì)量為M、電荷為（一‘）的電子所具有的韌速為零。當(dāng)其通過(guò)一個(gè)電勢(shì)從o變到Y(jié)o的區(qū)域后，速度便變?yōu)?。因此電子的動(dòng)量嚴(yán)和動(dòng)能x分別為：zui后可以得出電子波長(zhǎng)的表達(dá)式為：應(yīng)該指出，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(duì)論修正。修正后的公式為：式中電子波長(zhǎng)A的單位為M，相對(duì)論修正電壓vL的單位持）。下面舉例表示電子波長(zhǎng)與加速電壓的關(guān)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(jí)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(shuō)明其工作原理，可以采用一個(gè)員簡(jiǎn)單的例子，即由螺旋線圈繞制成的長(zhǎng)空心圓柱，也稱長(zhǎng)螺線管。當(dāng)這種線圈中通有電流時(shí)，就會(huì)在其中心軸附近產(chǎn)生近似均勻的磁場(chǎng)。根據(jù)有手定則可知，這種磁場(chǎng)是在沿抽（Z）方向的。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子（一‘）進(jìn)入此場(chǎng)區(qū)后，就會(huì)受到磁場(chǎng)的kren檀力（歹）作用。它正比于電子速度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的叉乘值，即萬(wàn)＝一Mx萬(wàn)。進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)的電子初速；。可分成二部分來(lái)討論州＝入席l。平行于磁場(chǎng)方向的速度分星辦即5z，它與磁場(chǎng)的作用力為零，所以電子沿軸方向的速度不會(huì)發(fā)生變化。垂直于磁場(chǎng)方向的速度分量5L受到的磁場(chǎng)作用力，既垂直于此韌速分量的方向，又垂直于磁場(chǎng)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(jìn)的同時(shí)，還繞中心軸作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其空間軌跡是一條螺旋線（見(jiàn)圖1—2）。

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

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(duì)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(shè)計(jì)和構(gòu)造可有所不同。

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