世界电镜九十年 - 曾经的先驱们，于动荡中，不负科学使命，成就捷克“电镜谷”

本文作者为捷克共和国Tescan Brno的Bohumila Lencová，摘译原文发布于2021年，为缅怀电子显微镜先驱——Delong、Drahoš和Zobač。

今年，我们在布尔诺庆祝了捷克斯洛伐克首台电子显微镜生产70周年。Armin Delong描述的那些早些年间的事仿如昨日，如20世纪50年代末的一些往事、20世纪60年代年在布拉格举行的欧洲电子显微镜大会（EUREM）的情景，以及20世纪70年代的一系列论文的进展等。图1照片拍摄于1953年左右，照片上正是负责制造 Brno电子显微镜的三个年轻人，当时他们三位仅28岁就被授予当时最高级别荣誉勋章之一的“工作荣誉勋章”。参与电镜制造的还包括另外两名技术人员，但由于相对年长并没有呈现。同时，三位年轻人毕业所在系的系主任Ales Bláha教授也不在其中。正如Ladislav Zobač在回忆录中所描述，“我们并不确定自己是否应该得到这份荣誉，但军事学院为了让这一成果更加受到关注所以推动了这次荣誉授予。”当时，他们在该学院从事教学工作，而Delong和Vladimir Drahoš则刚开始各自的研究生学习阶段。 

图1.png 图1从左到右：Armin Delong, Vladimir Drahoš 和 Ladislav Zobač

1951年，军事学院接管了布尔诺理工大学的部分工作，迫使Bláha教授离开了布尔诺理工大学，并取消了他的教授头衔。随后，Bláha搬到Bratislava，在那里继续从事其教学和研究。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。Armin Delong, Vladimir Drahoš 和 Ladislav Zobač主要在Bláha建立的 Scientific Workshop工作，后来这里成为Tesla Elektronik的研发中心，随后成为捷克斯洛伐克科学院（CSAV）的研发中心，1957年又成为捷克斯洛伐克科学院科学仪器研究所（ISI）的一部分。在此要提一下Ferdinand Hercík院士，他从RCA获得了第一个商用显微镜。并向Armin Delong, Vladimir Drahoš 和 Ladislav Zobač三人展示了这台显微镜，因此他们成功地制作了一台质量与RCA显微镜相似的、最早的电子显微镜。除了仿造RCA设备之外，他们还设计了一个小型桌面显微镜。Hercík负责在Královopolská以及新建的Tesla工厂以南仅1公里的地方建造两所毗邻的学院，即生物物理学院和科学仪器研究所。他还积极参与了联合国和教科文组织的工作。

prof. MUDr., RNDr. Ferdinand Hercík生前留影（来自网络）

在此也简要概述一下捷克斯洛伐克当时的时代背景。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，虽然只持续了20年，但在这期间经济实现飞速增长。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8万犹太人减少到只剩10%。这其中，很多教授是犹太裔，许多其他的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。1947年，罕见的干旱开始蔓延，经济形势低迷，但是战后政府的共产党拒绝了马歇尔计划的帮助，并从苏联换取了极少的粮食；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，党员的人数有所增加。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的密切监督。1968年，随着经济的改善，人们期望国家会发生变化，向往“人性化的社会主义”，但最终被俄罗斯坦克所终结，后来就是大规模的移民。之后是“normalization”时期，许多改革派共产党人不仅被开除党籍，而且常被开除工作，这使他们的子女无法接受高等教育。

（二战前捷克斯洛伐克民族分布，蓝色为日耳曼，黄色为乌克兰，两个粉色为捷克、斯洛伐克）

在三位制造捷克斯洛伐克首台显微镜的人当中，Armin Delong教授最为突出。Armin Delong出生于1925年1月，在战后的第一年开始在布尔诺的理工大学（VTU）学习。在此之前，所有的大学都关闭了近六年。1957年，他（和Drahoš）获得了CSc（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（此后该研究所的所有所长均来自该所电子光学系）。在下一次革命——天鹅绒革命之前，他一直担任所长。科学仪器研究所的其他部门包括核磁共振和冷冻核磁共振，以及用于测量的激光部门。1973年，他成为捷克斯洛伐克科学院的准会员，1981年成为捷克斯洛伐克科学院的正式成员。

Experimental transmission electron microscope - 100 kV (1960)

（图片来自网络）

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，包括一些博士生等，他们大多留在科学仪器研究所。他们继续进一步开发显微镜，并且与Tesla展开合作。唯一糟糕的决定是“tsar microscope”，由于机械和电气不稳定，以失败告终。而这个远大的目标是在距离有轨电车或无轨电车约50米的环境下，实现电镜分辨率尽可能接近1埃。20世纪60年代末，人们的兴趣转向了发射式电子显微镜（EEM），典型成果发表在《Nature》（1971年）和《Journal de Microscopie》上，并在电子显微学学术大会上多次提及。EEM包含超高压（UHV）样品室、两个磁性透镜和一个发射枪等。很多技术包含：离子轰击、样品加热、电子光谱等。超高压环境允许观察LEED模式，其尺寸与初始电子能量无关，相关成果在Nature、Optik中均有报道。

Emission electron microscope (1968)

Delong感兴趣的另一个方向是在超高压样品室中进行离子束注入和hemispherical LEED（和俄歇谱仪）。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开始回归生活时，其对外的活动开始减少。他的大多数同事都是Delong的学生，其学生的大部分毕业论文主要关于EEM和表面物理。20世纪80年代末，Delong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（现在的布尔诺理工大学）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（ISI），Drahos任职电子光学部门的主管和ISI的副主任。他开发了由Tesla生产的X13系列高分辨率TEM，并开发了自己研制的BS500和540常规TEM。

(Tesla解体后研发部经理成立TESCAN；

左：1991年TESCAN刚成立之初的办公楼；右：目前TESCAN总部大楼)

Drahos合作密切的同事是Jiří Komrska，其学生包括Michal Lenc和Josef Podbrdsky。Komrska成为“normalization”时期的受害者之一，因此无法指导学生。因此Komrska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，Drahoš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Eric Munro进行了对话。之后，他让我试着写一个有限元法程序，我在六个月内完成。我的第一个任务是改进BS500显微镜的性能，它没能和BS540一样运行。我很快发现，下极靴的畸形导致产生了一个附加场。我们也想开始设计一个新的TEM，但没能成功。

Drahoš的工作是电子干涉、衍射、全息、反射衍射系统，他很讨人喜欢，关心同事。Drahoš和Delong都精通法语、英语、德语和俄语。1968年，因为研究所人数增长过快，增加到了260人，主楼扩建了一座楼。在苏联占领的头几天，布尔诺广播电台在这栋大楼里播放了几天，30年后才披露这件事，这一事件被称为兄弟会帮助，民主德国军队甚至错误地被纳入了计划，但他们在第一天的24小时内就撤出了。1974年，上级建议Tesla开始制造扫描电子显微镜。Tesla和科学仪器研究所同时在进行研发：Tesla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，从冷场发射开始尝试。Delong曾经的学生Kolarik成为了首席设计师，他完成一个非常巧妙的设计，包含两个磁性透镜、浸入上部透镜中的FEG和配有Auger及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——掺YAG Ce单晶所取代，后来掺YAG Ce单晶也用于TEM屏幕。

The BS 350 scanning electron microscope (1976)

1978年冬天， Drahoš患了严重的流感，第二年春天，他被诊断出患有癌症，并于6月去世。Delong被逐出了布尔诺大学，之后开始在Olomouc举办讲座。后来在1978年，我们五个没有机会获得博士学位的人都被授予一个有趣的头衔——RNDr。不久之后，上级又提出了另一个要求，即东区需要改善半导体工业并使用电子束光刻技术。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标准尺寸。1978年，Delong和Kolarik参加了多伦多举办的国际电子显微镜大会（ICEM），会上他们受到了更稳定的肖特基枪的启发。直到1982年，五人组第一次共同参加了汉堡举办的ICEM，在那里展出了FEG SEM。在此之前，我们与国外联系的唯一途径是通过Tom Mulvey的协助，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2 Tesla公司生产的低温FEG SEM BS350，但由科学仪器研究所开发

这些人中有两个人是例外。Jiří Komrska在1968年在阿斯顿大学待了几个月，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。由于20世纪80年代初英国皇家学会交换计划（Royal Society Exchange scheme）的出现，Podbrdsky在英国待了一个月，甚至我也能在1987年去英国访问。1984年，电子束光刻系统（EBL）完成，其中有几台运到了苏联。它在15ke V电子束时电流为1μA，拥有6×6mm的视场、高达6.4×6.4μm的整形光束和0.1μm的分辨率。Tesla还为之前生产EBL的部分建造了一个技术博物馆，现在变成了精心组织的Brno显微镜展览。图2中的SEM也包括在其中。Zobač也在该研究所工作，他致力于引进特殊技术，如电子束焊接和超高压钛轨道泵等。这些技术是Delong公司超高压设备所需要的。Zobač也对医疗设备和冷冻技术感兴趣。后来，Zobač娶了一位科学仪器研究所出身的女士，并生下了一个儿子。Zobač现在仍在科学仪器研究所工作。

2017年，Delong去世，Ladislav Zobač在Delong去世一年后逝世。许多人因为天鹅绒革命对科学仪器研究所提出批评，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。Delong的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，由于科研经费大大减少，研究所的人数（260人）几乎少了一半。很多人逐渐认识到他们对应产品技术的市场潜力，甚至试图接管科学仪器研究所，而Tesla失去了大部分市场，之后被私有化并解体。

（Armin Delong教授生前，图片来自网络）

我当时在国外的帝国理工学院待了三个月（1987年）。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，我顺利得度过了三年，直到1991年秋天。1990年，在革命后的动乱中，Jiří Komrska成为科学仪器研究所的所长，但他于秋季辞职并前往BUT。紧随其后的是核磁共振部门的Josef Jelínek，他选Michal Lenc担任副手，但不到六个月就得了重病。1992年，Lenc去了理论物理系。Autrata教授在担任一年中级主管之后，成为科学仪器研究所所长，直到2006年去世。Sklenar、Kasal、Komrska、Lenc等几位教授在离开科学仪器研究所后开始了学术生涯，人数与留在那的教授相同。

1994年，我开始在BUT的机械工程学院与Komrska在同一系兼职任教，指导16个研究生。2006年，我晋升教授。在完成最后一个项目后，我离开科学仪器研究所并开始在Tescan工作。接下来的两任研究所负责人是Ludek Frank和Ilona Mullerová。即使是在Tesla公司倒闭、科学仪器研究所减员的情况下，布尔诺的电子显微镜时代也并未就此结束。1990年，市面上出现了三家公司，他们的员工来自Tesla和科学仪器研究所。最初，Tescan接管了Tesla的SEM部分，Tescan从最初的六个人成长到近百倍的规模。另一组约20人也成立了一家公司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。1990年同年，Kolarik及其同事成立了Delong Instruments公司。

（1960s Tesla 布尔诺变换红外光谱仪显微镜、科学设备别针徽章）

2000年，EUREM在捷克布尔诺举办，2014年ICEM在捷克布拉格举办，曾有人称世界上大约30%的电镜在布尔诺生产，这使得布尔诺获得了“电镜谷”的称号。

彼时，也正是TESCAN成立30周年庆。

TESCAN前身为TESLA，最初以军用雷达、通讯装备和民用电子设备制造为主。1951年，当TESLA生产出其第一台商品化电子显微镜 Tesla BS 241时，注定其不平凡的下半生。前文提到1991年，TESLA私有化并解体。这一年，对于研发部经理Klima来说，是十分重要的人生阶段，在此期间，他立志将电子显微镜作为毕生的追求，于是联合其他4名技术人员，在捷克布尔诺共同创立TESCAN，从此开启了往后的一路精彩。

从最初的几个创始人至今，已在全球范围内建立销售服务网络，并在捷克、法国和美国拥有5家研发中心、2个生产基地，以及7家海外子公司。

近几年来TESCAN中国的快速发展。员工增加近20人，销售额增长84%达到2020年的超3100万美元。TESCAN的成就离不开合作伙伴的全力支持！接下去的工作重心将仍然在如何更好的服务客户，在去年末已启动“电镜启明星”计划青年基金项目，成立TESCAN学术委员会，打造“开放赋能，成就客户”的全新服务战略。

2022年，作为TESCAN新启点，新征程，将继续在电子显微镜领域踊跃下一个新巅。如今，即使疫情，我们也坚守岗位，努力成就客户，赋能于中国电镜事业发展。

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