La historia del desarrollo de los microscopios electrónicos se remonta a finales de 1919. En el proceso de estudio de los rayos catódicos, se descubrió que a menudo aparecen sombras anódicas en las paredes de los tubos 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 axialmente simétrico, al igual que la luz se puede enfocar cuando pasa a través de una lente y, por lo tanto, los electrones pueden capturar imágenes. 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. Dado que la longitud de onda de los haces de electrones es mucho más corta que la longitud de onda de las ondas de luz, se puede esperar que la microscopía electrónica que utiliza imágenes de haces de electrones tenga una resolución mucho mayor que la microscopía óptica.
Ernst Ruska nació el 25 de febrero en Heidelberg, Baden, Alemania. Su padre es profesor de historia en la Universidad de Berlín. De 1925 a 1927, Ruska, que se interesó por la ingeniería durante la escuela secundaria, estudió ingeniería eléctrica en dos empresas de Munich. Posteriormente viajó a Berlín con su padre. En el verano de 1928 ingresó en la Universidad Técnica de Berlín en Charlottenburg, Berlín, donde trabajó en un laboratorio de alto voltaje y estudió los tubos de los osciloscopios de rayos catódicos. Desde 1929, Ruska ha estado realizando experimentos con lentes electrónicas bajo la dirección del líder del equipo M. Knoll, lo que resulta muy beneficioso para el crecimiento de Ruska.
Durante 1928 ~ 1929, Ruska llevó a cabo investigaciones experimentales sobre el enfoque de haces de electrones utilizando lentes magnéticas y lentes electrostáticas basándose en su participación en el trabajo de investigación sobre tecnología de tubos de osciloscopio. Se confirmó que un cable óptico con un diámetro de 0,3 mm puede producir una imagen de bajo aumento (1,3 veces) bajo irradiación con haz de electrones y se verificó la fórmula de imagen de la lente. Esto sentó las bases para el nacimiento del microscopio electrónico. En 1931, Noll y Ruska comenzaron a desarrollar microscopios electrónicos. Demostraron mediante experimentos que para obtener la misma distancia focal, el número de vueltas de la bobina con carcasa de hierro es mucho menor que el de la bobina sin carcasa de hierro. 19365438 De abril a junio de 2000, utilizaron una lente magnética de dos etapas para ampliar el microscopio electrónico y obtuvieron un aumento de 16 veces. Mediante cálculos, se dieron cuenta de que, según la teoría de la onda de materia de De Broglie, la longitud de onda de los electrones es cinco órdenes de magnitud más corta que las ondas de luz, y el microscopio electrónico puede alcanzar una resolución más alta. Predicen que en los futuros microscopios electrónicos, cuando el voltaje de aceleración sea de 75.000 voltios y el ángulo de apertura sea de 2 × 10-2 radianes, la resolución limitada por la difracción será de 0,22 nanómetros.
Durante 1932 ~ 1933, Ruska y su colaborador Borries desarrollaron aún más un microscopio electrónico con un espejo totalmente metálico, utilizando una bobina magnética encerrada en una carcasa de hierro como lente magnética. Para concentrar más el campo magnético, incrustaron un anillo de cobre no magnético 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 ferromagnéticas superior e inferior en forma de embudo ( zapatas polares) para reducir la apertura y el espacio de las zapatas polares. Al alejarse a 2 mm, la distancia focal se reduce a 3 mm. En marzo de 1932, Pohris y Ruska solicitaron una patente alemana para este logro de 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, e instaló un condensador para ajustar el brillo del haz de electrones bajo gran aumento. Tomó fotografías de papel de aluminio y filamentos de algodón con mejor resolución que un microscopio óptico e intentó transmitir haces de electrones a través de muestras delgadas para formar imágenes magnificadas por electrones.
En 65438-0934, Ruska se doctoró en ingeniería en la Universidad Técnica de Berlín con una tesis titulada "Lentes objetivas magnéticas para microscopios electrónicos". De 1934 a 1936, Ruska continuó la investigación experimental para mejorar el microscopio electrónico. Usó un condensador para generar haces de electrones de alta densidad de corriente para lograr imágenes de gran aumento, y utilizó un sistema de imágenes de aumento de dos etapas de lente objetivo y lente de proyección. Pero en ese momento su invento no fue reconocido inmediatamente por la comunidad académica y los departamentos pertinentes.
Ruska y Polis trabajaron duro para convencer a la gente de que podían desarrollar un microscopio electrónico que pudiera superar a los microscopios ópticos. Acudieron varias veces a agencias gubernamentales y de investigación industrial para buscar apoyo financiero. Después de tres años de arduo trabajo, en la primavera de 1937, Siemens-Haskel finalmente acordó financiar la creación de un laboratorio de óptica electrónica y microscopio electrónico. Muchos jóvenes académicos vinieron a participar en este trabajo de investigación.
Ernst Ruska comenzó a desarrollar microscopios electrónicos comerciales en 1937. En 1938 construyó dos microscopios electrónicos con condensadores, lentes objetivos y lentes de proyección con zapatas polares, y equipos para cambiar muestras y negativos, que podían obtener imágenes ampliadas 30.000 veces. El hermano de Ernst Ruska, Helmut Ruska, y otros científicos médicos lo utilizaron inmediatamente para estudiar bacteriófagos 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-Hasker convirtió el laboratorio mencionado anteriormente en el primer laboratorio abierto para microscopía electrónica, con Helmut Ruska como director. El laboratorio está equipado con cuatro microscopios electrónicos e invita a académicos de varios países a realizar investigaciones, promoviendo la aplicación y el desarrollo de microscopios electrónicos en diversos campos como los metales, la biología y la medicina. Influenciados por el trabajo de Ruska, los científicos europeos también iniciaron la investigación y fabricación de microscopios electrónicos.
Ernst Ruska y sus colaboradores han trabajado incansablemente para mejorar los microscopios electrónicos durante décadas y han realizado 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. El microscopio electrónico de resolución media-alta fabricado a mediados de la década de 1950 puede observar defectos en los cristales y promover 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 promovido en gran medida el 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.
Ernst Ruska murió en Berlín el 27 de mayo de 1988, más de un año después de ganar el Premio Nobel de Física. Dedicó su vida a la causa de la microscopía electrónica. Después de él, no solo aparecieron los microscopios electrónicos de alto voltaje y los microscopios electrónicos de barrido, sino que también apareció otro microscopio con un principio completamente diferente, es decir, el microscopio de efecto túnel, inventado en 1982. El microscopio de efecto túnel es otra poderosa arma para acceder al mundo microscópico.