1986년 노벨 물리학상의 절반은 1930년대 초 최초의 전자 장치를 발명한 공로로 독일 베를린 프리츠-하버 연구소의 에른스트 루스카에게 수여되었습니다.

사실 전자현미경의 발전 역사는 19세기 말까지 거슬러 올라간다. 음극선을 연구하는 과정에서 음극선관 벽에 양극의 그림자가 나타나는 경우가 많다는 사실을 발견했습니다. 브라운은 1987년에 최초의 오실로스코프 튜브를 설계하고 제작했습니다. 이는 전자현미경 탄생을 위한 기술적 조건을 마련한 것이다. 1926년에 H. Busch는 자기 포커싱에 관한 논문을 발표했는데, 이는 빛이 렌즈를 통과할 때 포커싱될 수 있는 것처럼 전자 빔이 축 대칭 전자기장을 통과할 때 포커싱될 수 있으므로 전자 이미징을 사용할 수 있음을 지적했습니다. 이는 전자현미경에 대한 이론적 준비를 제공합니다. 광학현미경의 분해능을 제한하는 주요 요인은 빛의 파장입니다. 전자빔의 파장은 빛의 파장에 비해 훨씬 짧기 때문에 전자빔 이미징을 이용한 전자현미경은 광학현미경보다 훨씬 더 높은 해상도를 얻을 수 있을 것으로 기대할 수 있습니다.

에른스트 루스카는 1906년 12월 25일 독일 바덴주 하이델베르크에서 태어났다. 그의 아버지는 베를린 대학의 역사 교수입니다. 1925년부터 1927년까지 루스카는 중학교 때 공학을 좋아했고 뮌헨에 있는 두 회사에서 전기공학을 공부했습니다. 그 후, 그는 아버지를 따라 베를린으로 갔습니다. 1928년 여름, 그는 베를린 샬로틴부르크에 있는 베를린 기술 대학에 입학했습니다. 대학 시절에는 고전압 실험실에서 일하면서 음극선 오실로스코프 튜브에 대한 연구에 종사했습니다. . 1929년부터 Ruska는 팀 리더인 M. Knoll의 지도하에 전자렌즈 실험을 수행했습니다. 이는 루스카의 성장에 매우 유익합니다.

1928~1929년에 루스카는 오실로스코프 기술 연구에 참여한 것을 바탕으로 자기렌즈와 정전렌즈를 이용해 전자빔을 집속시켜 이미징하는 실험적 연구를 진행했고, 전자빔 하에서 이를 확인했다. 조사 직경 0.3mm의 광케이블로 저배율(1.3x) 이미지를 생성할 수 있으며 렌즈 이미징 공식이 검증되었습니다. 이는 전자현미경 탄생의 토대를 마련했습니다. 1931년에 Knorr와 Ruska는 전자 현미경을 개발하기 시작했으며, 동일한 초점 거리를 얻기 위해서는 철 껍질에 설치된 코일의 회전 수가 철 껍질이 없는 코일의 회전 수보다 훨씬 적다는 것을 실험적으로 증명했습니다. 1931년 4월부터 6월까지 그들은 2차 자기렌즈를 갖춘 전자현미경을 사용하여 16배의 배율을 달성했습니다. 계산을 통해 드브로이의 물질파 이론에 따르면 전자의 파장은 광파의 파장보다 5배 정도 짧고, 전자현미경으로 더 높은 분해능을 얻을 수 있다는 사실을 깨달았다. 그들은 가속 전압이 75,000볼트이고 개구각이 2×10-2라디안일 때 미래의 전자현미경이 0.22나노미터의 회절 제한 분해능을 갖게 될 것이라고 예측했습니다.

1932년에서 1933년 사이에 Ruska와 그의 공동 작업자 Borries는 철 껍질로 감싼 자기 코일을 자기 렌즈로 사용하여 전체가 금속 거울 몸체를 갖춘 전자 현미경을 더욱 개발했습니다. 자기장을 더 집중시키기 위해 자기 코일의 철 껍질의 공극에 비자성 도체 구리 링을 박아 넣고 강자성 상부 및 하부 껍질의 내부 공동 끝을 깔때기 모양으로 만들었습니다 ( 자극 슈)를 사용하여 폴 슈 조리개와 간격을 모두 2mm로 줄이고 초점 거리를 3mm로 줄였습니다. 1932년 3월 보리스와 루스카는 이 자기 렌즈 결과에 대해 독일 특허를 신청했습니다.

1933년 루스카는 초점거리 3mm의 자기렌즈를 사용해 75,000볼트의 가속전압에서 12,000배의 배율을 얻었고, 전자빔의 밝기를 조절하기 위한 콘덴서도 설치했다. 고배율로. 알루미늄 호일과 면 장섬유를 광학현미경보다 좋은 해상도로 사진을 찍었고, 얇은 표본을 이용해 전자빔을 투과해 전자 확대상을 만드는 실험도 했다.

1934년 루스카는 "전자 현미경을 위한 자기 대물렌즈"라는 제목의 논문으로 베를린 공과대학교에서 공학 박사 학위를 취득했습니다. 1934년부터 1936년까지 루스카는 전자현미경을 개선하기 위한 실험적 연구를 계속했습니다. 그는 고배율 이미징을 달성하기 위해 고전류 밀도 전자빔을 생성하기 위해 콘덴서를 사용했으며 대물 렌즈와 투영 거울을 사용한 2 단계 배율 이미징 시스템을 사용했습니다.

그러나 당시 그들의 발명은 학계와 관련 부서에서 즉시 인정받지 못했습니다. Ruska와 Polis는 사람들에게 광학현미경보다 뛰어난 성능을 가진 전자현미경을 개발할 수 있다는 것을 설득하기 위해 열심히 노력했습니다. 그들은 재정적 지원을 확보하기 위해 정부 및 산업 연구 기관을 여러 번 방문했습니다. 3년간의 노력 끝에 1937년 봄에 Siemens-Hasker는 마침내 전자 광학 및 전자 현미경 연구실 설립에 자금을 지원하기로 합의했습니다. 많은 젊은 학자들이 연구 활동에 참여하기 위해 왔습니다.

에른스트 루스카는 1937년부터 상업용 전자현미경을 개발하기 시작했다. 1938년에는 콘덴서와 대물렌즈, 폴슈가 장착된 프로젝션 렌즈를 갖춘 전자현미경 2대를 제작해 샘플과 필름, 이미지를 바꾸는 장치가 있다. 30,000배의 배율로 얻을 수 있습니다. Ernst Ruska의 형제 Helmut Ruska와 다른 의학자들은 즉시 이를 사용하여 박테리오파지를 연구하고 큰 성공을 거두었습니다. 1939년, 마침내 지멘스가 제조한 최초의 상업용 전자현미경이 탄생했습니다. 같은 해 라이프치히 국제박람회에 전자현미경이 처음으로 전시돼 큰 관심을 끌었다. 1940년 Ernst Ruska의 제안에 따라 Siemens-Hasker는 Halmet Ruska를 책임자로 하여 위의 실험실을 전자 현미경을 위한 최초의 개방형 실험실로 개발했습니다. 연구실에는 전자현미경 4대가 갖춰져 있으며 다양한 나라의 학자들이 연구를 하도록 환영하며 금속, 생물학, 의학 등 다양한 분야에서 전자현미경의 응용과 발전을 촉진합니다. Ruska의 연구에 영향을 받아 다양한 유럽 국가의 과학자들도 전자 현미경을 연구하고 제조하기 시작했습니다.

Ernst Ruska와 그의 동료들은 전자현미경을 개선하기 위해 수십 년 동안 쉬지 않고 노력해 왔으며 현대 과학 발전에 중요한 공헌을 했습니다. 전자현미경은 사람들이 물질의 미세한 세계를 관찰할 수 있는 새로운 방법을 열었습니다. 1950년대 중반에 생산된 중·고해상도 전자현미경은 결정결함을 관찰할 수 있었고 고체물리학, 금속물리학, 재료과학의 발전을 촉진했다. 1970년대 초고해상도 전자현미경이 등장하면서 원자를 직접 관찰할 수 있게 됐다. 이는 고체물리학, 고체화학, 고체전자공학, 재료과학, 지질학 및 광물학, 분자생물학의 발전을 촉진하는 데 큰 역할을 해왔습니다.

에른스트 루스카는 1986년 노벨 물리학상을 수상한 지 1년여가 지난 1988년 5월 27일 독일 베를린에서 사망했습니다. 그의 삶은 전적으로 전자현미경의 대의를 위해 바쳐졌습니다. 그 이후에는 고전압전자현미경, 주사전자현미경뿐만 아니라 전혀 원리가 다른 또 다른 현미경이 등장했는데, 바로 1982년에 발명된 주사터널링현미경이다. 주사형 터널링 현미경은 미세한 세계에 접근할 수 있는 또 다른 강력한 무기입니다.