电子显微镜最终版.pdf

电子光学基础与电子显微镜电子光学基础与电子显微镜 电子光学基础与电子显微镜电子光学基础与电子显微镜 物理科学与技术学院物理科学与技术学院 物理科学与技术学院物理科学与技术学院 王兴和 二零一三年 电子光学基础与电子显微成像 １ 绪论 众多现代重大科学技术的发展和现代科技的许多应用研究领域中，几乎都涉及到荷电 粒子在电磁场中的运动，涉及电子束的形成、聚焦和成象等，电子显微成像技术就是其中 的典型代表。随着科学技术的不断进步，如何用电场和磁场来控制荷电粒子的运动，使之 会聚成束、聚焦成像，引起了人们对她的极大的研究兴趣。历经数代科学家们的探索与研 究，在经典力学、光学和电磁学等理论的基础上，建立了一门新兴的学科————电子光 学。 电子光学是研究荷电粒子在电场和磁场中的运动规律以及如何利用电场和磁场来控制 荷电粒子的运动，使之会聚成束、偏转扫描、聚焦成象的一门学科。电子光学理论的发展 和完善是与电子光学仪器的发展相辅相承、相互促进的。电子显微镜是二十世纪最重要的 科学发明之一，她是电子光学理论最辉煌的伟大成果之一。伴随着电子显微镜的发明，电 子显微学应运而生并促进了波动电子光学的建立与发展，使电子光学理论的研究与发展进 入到了一个全新的阶段。 电子显微学是利用电子束与物质交互作用后所产生的各种信息电子，研究物质内部微 观结构、表面微区形貌、微区元素成分的一门新兴学科。电子显微镜是以电子束作为照明 源，电子透镜作为成象透镜的显微镜。电子显微镜的发明，实现了人类梦寐以求的在原子 尺度级对物质进行观察与分析的研究。电子显微镜已成为人类研究微观世界必不可少的重 要手段，已成为如今纳米技术研究中的有力工具，为广大科研工作者所青睐。 电子光学和电子显微成象技术的建立与发展，凝聚了一代又一代科学家在科学研究中， 毕生所取得的重大科研成果，她是科学家群体智慧的结晶。从人类在这一科学领域中所走 过的奋斗过程，我们可从以下几个方面，领悟到一代又一代科学家攀登科学高峰的勤奋和 创新精神，并从中得到一些有益的启示。 1.电子光学理论的建立 （１）光学显微镜极限分辨本领受到的限制 依据瑞利（Raylei ）准则，光学显微镜的极限分辨本领由下列公式给出 0.61 λ δ = n sinα 式中：δ——可分辨的最小间距，即分辨本领 λ——光波在真空中的波长 α——孔径角（由光点射出并参与成象的光锥的半锥角） ｎ——折射率 ２ 绪论 上式表明δ正比于λ，因此若要提高分辨本领，必须使用尽可能短的波长，然而可见 光的波长范围为 380～750ｎｍ，由此可见光学显微镜的极限分辨本领受到了可见光最短波 长的限制。 当科学研究需要进入到人们向往的更小微观世界（如原子像、晶格像以及纳米级微观 世界的观察与研究）时，光学显微镜已无能为力。 （２）光的电磁理论的建立 电子光学理论建立的理论基础可以追溯到麦克斯韦（Maxwell ）建立的电磁场理论。 麦克斯韦在法拉第和汤姆生电磁研究的基础上对电磁的研究前后历程达十余年，创建了引 起物理学史上伟大变