世界电镜九十年之怀念捷克斯洛伐克电子显微镜先驱—

本文作者为捷克共和国Tescan Brno的Bohumila Lencová，摘译原文发布于1996年。

今年，我们在布尔诺庆祝捷克斯洛伐克第一台电子显微镜生产70周年。早年被Armin Delong说成在“早些天......”，其实是结束于20世纪50年代末，并提到1964年在布拉格举行的欧洲电子显微镜大会，以及一系列1970年代的论文。

这张1953年左右拍摄的照片显示了负责制造 Brno电子显微镜的三名人员，当时他们被授予当时最高级别荣誉勋章之一的“工作荣誉勋章，三名年轻人仅28岁”（图6)。参与其中的两名技术人员不包括在内，他们没有那么年轻。Ales Bláha教授也不在其中，他是三人毕业所在系的系主任。正如Ladislav Zobač在他的回忆录中所写的那样，“我们不确定我们真的应该得到这一荣誉勋章，但军事学院推动了这一点，以使他们自己更加引人注目”；当时他们在该学院教书，Delong和Vladimir Drahoš刚刚开始研究生学习。

图6从左到右：Armin Delong, Vladimir Drahoš 和 Ladislav Zobač

军事学院于1951年接管了布尔诺理工大学的部分工作，迫使Bláha教授离开了布尔诺，并取消了他的教授头衔；他搬到 Bratislava，在那里可以继续教学和研究。留在军事学院或攻读博士学位是避免服兵役的一种安全方式，至少对Zobač来说是这样，他在最后一刻才开始服兵役。他们主要在Bláha建立的 Scientific Workshop工作，它后来成为Tesla Elektronik的研发中心；后来成为捷克斯洛伐克科学院（CSAV）的开发研讨会，1957年成为捷克斯洛伐克科学院科学仪器研究所（ISI）的一部分。现在让我们此时谈谈 Ferdinand Hercík院士，他从RCA获得了第一个商用显微镜。他向他们三人展示了这一点，因此他们成功地制作了一台质量与RCA显微镜相似的最早的的电子显微镜。这不仅是RCA设备的仿造；此外，他们还设计了一个小型桌面显微镜。Hercík负责在Královopolskástreet以及新建的特斯拉工厂以南仅1公里的地方建造两所毗邻的学院，即生物物理学院和ISI。他还积极参与联合国和教科文组织的工作。

让我们也简要提到当时的“边界”或“初始”条件。捷克斯洛伐克是1918年在一战后由前波希米亚、摩拉维亚、斯洛伐克（哈布斯堡君主制匈牙利部分的一部分）和后来被苏联吞并的喀尔巴阡乌克兰组成的，只持续了20年，经济飞速增长。1938年秋天，纳粹占领捷克和摩拉维亚之前，吞并了居住着近300万德国人的苏台德地区；战争结束后，他们被迫大量离开该国前往德国。1939年3月，第一个斯洛伐克分裂，建立了自己的法西斯国家，其余的波希米亚和摩拉维亚被占领。大屠杀使8万犹太人减少到10%；许多教授是犹太裔，许多捷克教授死于监狱和集中营。在整个战争期间，这些大学从1939年11月开始关闭。因为大部分国家是由苏联军队解放的，战争还迫使许多年轻人加入共产党。从1947年创纪录的干旱开始，经济形势低迷，但是马歇尔计划的帮助被战后政府的共产党拒绝，并从苏联换取了少得多的粮食；这导致了1948年2月的共产主义政变，使这个国家成为苏联的卫星国。同年晚些时候，由于被迫与社会民主统一，党员人数有所增加。政府、工厂甚至大学大多由共产党候选人管理，并受到秘密警察和俄罗斯顾问密切监督。1968年，随着经济的改善，人们期望国家会发生变化，希望“有人性的社会主义”，但最终被俄罗斯坦克所终结，结果就是大规模的移民。随后是“正常化”时期，许多改革派共产党人不仅被开除党籍，而且常常被开除工作，使他们的子女无法接受高等教育。

Armin Delong教授是三位制造捷克斯洛伐克第一台显微镜的人当中最显眼的一位。他当然是个了不起的人。他出生于1925年1月，在战后的第一年开始在布尔诺理工大学（VTU）学习；所有的大学都关闭了将近六年。1957年，他（和Drahoš）获得了CSc（科学候选人，相当于博士学位）；1969年，他获得了博士学位。他也是三人中最爱冒险的，也是唯一的党员。1961年，他成为该研究所的所长。这确立了该研究所主任来自最大的电子光学系的传统。在下一次革命——天鹅绒革命之前，他一直任这个位置。科学仪器研究所的其他部门包括核磁共振（Dadok于1968年移居美国）和冷冻核磁共振部门，以及用于测量的激光。1973年，他成为捷克斯洛伐克科学院的通讯成员，1981年成为捷克斯洛伐克科学院的正式成员。最大的电子光学系，吸引了许多有才华的工程师和物理学家，并有几个文凭生和博士生，他们大多留在科学仪器研究所。他们继续开发进一步的显微镜，并与特斯拉合作。唯一糟糕的决定是“tsar显微镜”，由于机械和电气不稳定，它从来不起作用。这个雄心勃勃的目标是远离有轨电车和无轨电车线路50米，分辨率尽可能接近1埃。

在20世纪60年代末，人们的兴趣转向了发表在《Nature》（1971年）和《Journal de Microscopie》上和大会演讲的发射电子显微镜（EEM）。EEM有一个超高压（UHV）样品室，两个磁性透镜和一个枪在屏幕下方，中间有一个孔。技术包括：电离轰击、样品加热、电子光谱等。超高压环境允许观察LEED模式，它具有与初级电子的能量无关的相同尺寸；这在Nature中有报道，并在20世纪90年代末于Optik的一篇论文中再次发现。

Delong感兴趣的另一个方向是在超高压样品室室中进行离子束注入和半球LEED（和俄歇分析仪）。1969年，Delong成为自然科学学院固体物理系的外部负责人，任期三年。当Delong开始为两个孩子的家庭建造一座漂亮的房子时，他的活动减少了。他的大多数同事都是从Delong的学生开始，大部分diploma毕业论文都是关于EEM和表面物理的。20世纪80年代末，他制作了一个5keV FEG微型TEM原型。

Drahos的职业生涯持续得更顺利，他在电气工程学院以及BUT（布尔诺理工大学，现在的名称）的仪器技术学院任教，用捷克语出版了两本书和几本学生读物。1964年，他被授予博士学位。1968年，他成为BUT的教授。在科学仪器研究所中，他是电子光学部门的主管和科学仪器研究所的副主任。他开发了由特斯拉生产的X13系列高分辨率TEM，并开发了他们自己的BS500和540常规TEM。他最亲密的同事是Ji riKomrska，其diploma学生包括MichalLenc和JosefPodbrdsky。Komrska成为标准化的受害者之一，因此无法指导diploma学生，尽管我们在Optica Acta上发表了一篇论文，解释了为什么电子双棱镜的模型和数学工作得很好。因此他建议我在Delong的监督下取得毕业文凭。毕业后，我开始加入Drahoš的小组，他于1972年在曼彻斯特举行的欧洲显微镜大会上做了邀请报告并和Tom Mulvey和埃里克·门罗进行了谈话。因此，他让我试着写一个有限元法程序。我在六个月内完成了这一任务，我的第一个任务是改进BS500显微镜的性能，它本应该和BS540一样工作，但没有。我很快发现下极靴的错误形状导致了一个重要的寄生场。我们也从设计一个新的TEM开始，但这从未实现。电子干涉、衍射、全息、反射衍射系统是Drahoš的工作。他很讨人喜欢，关心同事。他和Delong都能说法语、英语、德语和俄语。

1968年，由于人口增长过快，达到260人，主楼扩建了一座。在苏联占领的头几天，在苏联占领的第一天，布尔诺广播电台在这栋大楼里播放了几天，30年后才披露，这一事件被称为兄弟会帮助，它甚至错误地将民主德国军队纳入了计划，但他们在第一天24小时内撤出。

1974年，上级建议特斯拉开始制造扫描电子显微镜。这项工作在特斯拉（Tesla）并行进行，在那里搭建了一个带有热电子发射枪的系统，科学仪器研究所在Crewe的CwickScan的启发下，从冷FEG开始尝试。首席设计师是Delong的前学生Kola rik，他制作了一个非常巧妙的设计，包括两个磁性透镜、浸入上部透镜中的FEG和包含Auger和EDAX光谱仪的超高真空样品室。传统的SE和BSE探测器的塑料材料不能用于超高真空，因此它被一种新型闪烁材料所取代，即掺YAG Ce单晶，后来也用于TEM屏幕（Rudolf Autrata）。

1978年， Drahoš在冬天患了严重的流感，到了春天，他被诊断出患有癌症，并于6月去世。Delong被逐出布尔诺大学，开始在Olomouc做讲座，后来我们五个没有机会获得博士学位的人都在1978年被授予一个有趣的头衔RNDr。

不久之后，上面又提出了另一个要求，即东区需要改善其半导体工业并使用电子束光刻技术。在德意志民主共和国的耶拿开发了一个系统，该系统过大且超出了尺寸。Delong和Kola rik参加了1978年在多伦多举行的国际电子显微镜大会（ICEM），他们在那里受到了更稳定的肖特基枪的启发，直到1982年，第一次有更大的五人组参加了汉堡的ICEM，在那里展出了FEG SEM。在此之前，与国外的唯一联系是通过Tom Mulvey，他经常访问科学仪器研究所并与我们分享他的想法和会议记录。

图7Tesla公司生产的低温FEG SEM BS350，但由科学仪器研究所开发

作为一个例外，Ji riKomrska在1968年在阿斯顿大学呆了几个月，Podbrdsky在20世纪70年代末在坦佩的亚利桑那大学度过了几个月。作为英国皇家学会交换计划（Royal Society Exchange scheme）的一种互惠表示，20世纪80年代初，Podbrdsky在英国呆了一个月，就连我也能在1987年去英国访问。

EBL机器于1984年完成，有几件运往苏联。它15ke V电子束时电流1μA，拥有6×6mm的视野、高达6.4×6.4μm的整形光束和0.1μm的分辨率。特斯拉为生产EBL机器而搭建的部分现在拥有一个技术博物馆，有一个精心组织、完整的Brno显微镜展览。这也包括图7中的SEM。

Zobač也在该研究所工作，他致力于引进如电子束焊接和超高压钛轨道泵等特殊技术，这是Delong公司的超高压玩意儿所需要的，但他也对医疗设备和冷冻技术感兴趣。后来，他嫁给了一位来自科学仪器研究所的好女人，并有了一个儿子，他现在继续在科学仪器研究所工作。Ladislav Zobač在德龙去世一年后去世，Delong于2017年去世。

天鹅绒革命激发了许多人对科学仪器研究所的批评，甚至试图赶走Delong；然而，1990年初，Delong成为捷克斯洛伐克的科学副总理。这个职业生涯并没有持续太久，因为这个国家分裂为捷克和斯洛伐克（斯洛伐克只有在二战期间才有自己的法西斯国家，历史上他们是匈牙利的一部分）。此外，经费大大减少，该研究所的人数（260人）几乎减少了一半。许多人发现了他们的企业家基因，甚至试图接管ISI，而Tesla失去了大部分市场，被私有化并崩溃。我当时在国外，1987年在帝国理工学院呆了三个月。一年后，我被邀请到帝国理工学院学习半年，但只得到了三个月的支持。在TU Delft，我度过了快乐的三年，直到1991年秋天。

在1990年革命后的动乱中，Jirí Komrska成为科学仪器研究所的主管，但他于秋季辞职，前往BUT。紧随其后的是核磁共振部门的Josef Jelínek，他选了MichalLenc为副手，不到六个月就得了重病。1992年，Lenc去了理论物理系。Autrata教授在担任了一年的中级主管之后，成为了科学仪器研究所的主任，直到2006年去世。Sklenar、Kasal、Komrska、Lenc等几位教授在离开ISI后开始了学术生涯，人数与留在ISI的教授相同。1994年，我开始在BUT机械工程学院与Komrska在同一系兼职任教，拥有8个diploma和8个博士学生，2006年我也成为了教授；在完成了最后一个拨款项目后，我离开了科学仪器研究所，开始在Tescan工作。接下来的两位负责人是Ludek Frank和Ilona Mullerová。

在没有特斯拉公司、科学仪器研究所员工数量减少的情况下，布尔诺的电子显微镜时代是否就此结束？1990年出现了三家公司，员工来自特斯拉和ISI。首先，Tescan接管了Tesla的SEM部分，Tescan从最初的六个人成长了近百倍。另一组约20人成立了一家公司Delmi，并开始生产名为Morgagni的常规TEM；Delmi随后被飞利浦EO/FEI公司收购，2015年，FEI被赛默飞世尔科技公司收购。同样也是在1990年，Kolarik及其同事成立了Delong Instruments公司；制造了一些透射电子显微镜，工作电压为5k eV，2014年起，工作电压为25k eV（如图8所示）。它供应给许多其他公司和机构。2000年在布尔诺举办了EUREM，2014年在布拉格组织了ICEM。