¿Quién inventó el microscopio electrónico?

La invención del microscopio electrónico Ernst August Friedrich Ruska (alemán: Ernst August Friedrich Ruska, nacido el 25 de diciembre de 1906 en Heidelberg, Baden, Alemania - 1988 Berlín, 27 de mayo de 2011), físico de Alemania Occidental, inventor del microscopio electrónico y premio Nobel de Física en 1986. La historia del desarrollo de los microscopios electrónicos por parte de Ruska se remonta a finales del siglo XIX. En el proceso de estudio de los rayos catódicos, la gente descubrió que la sombra del ánodo aparece a menudo en la pared del tubo de rayos catódicos. Braun diseñó y construyó el tubo del osciloscopio original en 1987. Esto preparó las condiciones técnicas para el nacimiento del microscopio electrónico. En 1926, H. Busch publicó un artículo sobre enfoque magnético, señalando que los haces de electrones se pueden enfocar cuando pasan a través de un campo electromagnético simétrico axialmente, al igual que la luz se puede enfocar cuando pasa a través de una lente, por lo que se pueden utilizar imágenes de electrones. Esto proporciona una preparación teórica para la microscopía electrónica. El principal factor que limita la resolución de la microscopía óptica es la longitud de onda de la luz. Debido a que las longitudes de onda de los haces de electrones son mucho más cortas que las longitudes de onda de la luz, se puede esperar que la microscopía electrónica que utiliza imágenes de haz de electrones alcance una resolución mucho mayor que la microscopía óptica. Ernst Ruska nació el 25 de diciembre de 1906 en Heidelberg, Baden, Alemania. Su padre fue profesor de Historia en la Universidad de Berlín. De 1925 a 1927, Ernst amaba la ingeniería cuando estaba en la escuela secundaria. Estudió ingeniería eléctrica en dos empresas en Munich. Más tarde, siguió a su padre a Berlín. En el verano de 1928, ingresó en la Universidad Técnica de Berlín en Chalottinburg, Berlín. Durante sus años universitarios, trabajó en un laboratorio de alto voltaje y se dedicó a la investigación sobre tubos de osciloscopio de rayos catódicos. . A partir de 1929, Ruska realizó experimentos con lentes electrónicas bajo la dirección del líder del equipo M. Knoll. Esto es muy beneficioso para el crecimiento de Ruska. De 1928 a 1929, a raíz de su participación en trabajos de investigación sobre tecnología de tubos de osciloscopio, Ruska llevó a cabo investigaciones experimentales sobre el uso de lentes magnéticas y lentes electrostáticas para enfocar haces de electrones para obtener imágenes, confirmando que un cable óptico con un diámetro de 0,3 mm puede ser iluminado por haces de electrones se generó una imagen de bajo aumento (1,3x) y se verificó la fórmula de imagen de la lente. Esto sentó las bases para la creación del microscopio electrónico. En 1931, Knorr y Ruska comenzaron a desarrollar microscopios electrónicos. Demostraron experimentalmente que para obtener la misma distancia focal, el número de vueltas de la bobina instalada en la carcasa de hierro era mucho menor que el de la bobina sin carcasa de hierro. De abril a junio de 1931, utilizaron un microscopio electrónico con una lente magnética secundaria para lograr un aumento de 16 veces. Mediante cálculos, se dieron cuenta de que, según la teoría de ondas materiales de De Broglie, la longitud de onda de los electrones es cinco órdenes de magnitud más corta que la longitud de onda de las ondas de luz, y es posible que los microscopios electrónicos alcancen una resolución más alta. Predicen que los futuros microscopios electrónicos tendrán una resolución limitada por difracción de 0,22 nanómetros cuando el voltaje de aceleración sea de 75.000 voltios y el ángulo de apertura sea de 2 × 10-2 radianes. Entre 1932 y 1933, Ruska y su colaborador Borries desarrollaron un microscopio electrónico con un cuerpo de espejo totalmente metálico, utilizando una bobina magnética envuelta en una carcasa de hierro como lente magnética. Para concentrar más el campo magnético, incrustaron anillos de cobre conductores no magnéticos en el espacio de aire de la carcasa de hierro de la bobina magnética y transformaron los extremos de la cavidad interior de las carcasas superior e inferior ferromagnética en forma de embudo ( zapatas polares magnéticas) para reducir la apertura y el espacio de la zapata polar. Ambos se reducen a 2 mm y la distancia focal se reduce a 3 mm. En marzo de 1932, Boris y Ruska solicitaron una patente alemana para el resultado de esta lente magnética. En 1933, Ruska utilizó una lente magnética con una distancia focal de 3 mm para obtener un aumento de 12.000 veces bajo un voltaje de aceleración de 75.000 voltios. También instaló un condensador para ajustar el brillo del haz de electrones a gran aumento. Tomó fotografías de papel de aluminio y filamentos de algodón con una resolución mejor que la de un microscopio óptico y experimentó con el uso de muestras delgadas para transmitir haces de electrones para formar imágenes magnificadas por electrones. En 1934, Ruska obtuvo un doctorado en ingeniería de la Universidad Técnica de Berlín con una tesis titulada "Lentes objetivas magnéticas para microscopios electrónicos". De 1934 a 1936, Ruska continuó sus investigaciones experimentales para mejorar el microscopio electrónico. Utilizó un condensador para generar un haz de electrones de alta densidad de corriente para lograr imágenes de gran aumento, y un sistema de imágenes de aumento de dos etapas que utiliza una lente objetivo y un espejo de proyección. Sin embargo, su invento no fue reconocido inmediatamente por la comunidad académica y los departamentos pertinentes en ese momento Ruska y Polis trabajaron duro para convencer a la gente de que podían desarrollar un microscopio electrónico con un rendimiento superior al de un microscopio óptico. Hicieron numerosos viajes a oficinas gubernamentales y de investigación industrial para conseguir apoyo financiero.

Después de tres años de arduo trabajo, en la primavera de 1937 Siemens-Hasker finalmente acordó financiar la creación de un laboratorio de óptica electrónica y microscopio electrónico. Muchos jóvenes académicos han venido a participar en trabajos de investigación. Ernst Ruska comenzó a desarrollar microscopios electrónicos comerciales en 1937. En 1938 construyó dos microscopios electrónicos con condensadores, lentes de objetivo y lentes de proyección con zapatas polares y dispositivos para cambiar muestras y películas; se pueden obtener imágenes con un aumento de 30.000 veces. . El hermano de Ernst Ruska, Helmut Ruska, y otros científicos médicos lo utilizaron inmediatamente para estudiar bacteriófagos, etc., y lograron un gran éxito. En 1939, finalmente salió al mercado el primer microscopio electrónico comercial fabricado por Siemens. Ese mismo año, el microscopio electrónico se exhibió por primera vez en la Feria Internacional de Leipzig y atrajo gran atención. En 1940, por sugerencia de Ernst Ruska, Siemens-Halmert Ruska se convirtió en director. El laboratorio está equipado con 4 microscopios electrónicos y acepta académicos de varios países para realizar trabajos de investigación, promoviendo la aplicación y el desarrollo de microscopios electrónicos en diversos campos como metales, biología y medicina. Bajo la influencia del trabajo de Ruska, científicos de varios países europeos comenzaron a investigar y fabricar microscopios electrónicos. Ernst Ruska y sus colaboradores trabajaron incansablemente durante décadas para mejorar los microscopios electrónicos e hicieron importantes contribuciones al desarrollo de la ciencia moderna. Los microscopios electrónicos han abierto nuevas formas para que las personas observen el mundo microscópico de la materia. Los microscopios electrónicos de media y alta resolución producidos a mediados de la década de 1950 pudieron observar defectos de lixiviación y promovieron el desarrollo de la física del estado sólido, la física de los metales y la ciencia de los materiales. La aparición de los microscopios electrónicos de ultra alta resolución en la década de 1970 permitió la observación directa de los átomos. Esto ha desempeñado un papel enorme en la promoción del desarrollo de la física del estado sólido, la química del estado sólido, la electrónica del estado sólido, la ciencia de los materiales, la geología y mineralogía y la biología molecular. Después de él, no sólo surgieron el microscopio electrónico de alto voltaje y el microscopio electrónico de barrido, sino que también apareció otro microscopio con un principio completamente diferente: el microscopio de efecto túnel, inventado en 1982. El microscopio de efecto túnel es otra poderosa arma para acceder al mundo microscópico. (Lo anterior se acepta en "Inventos maravillosos" en la Serie de ciencias interesantes)