凝聚态物理学大师海因里希?罗雷尔博士

[摘要]瑞士物理学家和发明家海因里希·罗雷尔与德国物理学家和发明家格尔德·宾尼希合作发明扫描隧道显微镜（STM），STM的发明被国际科技界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一，它开启了纳米科技的新纪元，催生了介观物理学。罗雷尔博士对中国人民十分友好，1997年退休后曾多次访华（包括2011年对内蒙古科技大学的访问）并进行多场学术演讲和交流，为发展中瑞两国人民之间的传统友谊和推动两国科学家之间的学术交流作出积极贡献。

[Abstract]The Swiss physicist and inventor Heinrich Rohrer，together with another German physicist and inventor Gerd Binnig，invented the scanning tunnel microscope （STM），which is universally recognized as one of the Top 10 science and technology achievements in the 1980s among the international scientific and technical community. It is their invention that directly led to the rise of the mesoscopic physics and the new horizon for the nanoscience and nanotechnology. Dr. Heinrich Rohrer is very friendly to the Chinese people. After the retirement in 1997，he visited China many times （including the 2011 visit to the Inner Mongolia University of Science & Technology） for lectures and academic exchanges. And his contributions have strengthened not only the academic communications of Swiss and Chinese scientists，but also the friendly ties between the people in the two countries.

[关键词]海因里希·罗雷尔博士；凝聚态物理学；介观物理学；纳米科技；透射电子显微镜（TEM）；扫描电子显微镜（SEM）；场离子显微镜（FIM）；扫描隧道显微镜（STM）；诺贝尔物理学奖

[Key words]Dr. Heinrich Rohrer；condensed matter physics；mesoscopic physics；nanoscience and nanotechnology；transmission electron microscope （TEM）；scanning electron microscope（SEM）；field ion microscope（FIM）；scanning tunneling microscope （STM）；Nobel prize in physics

1罗雷尔先生生平与家庭成员

海因里希·罗雷尔（又译为罗勒，海因里希·

罗雷尔博士

Heinrich Rohrer，1933.06.06—2013.05.16）出生于瑞士德语区圣加伦州（Sankt Gallen）温登堡区（Werdenberg，又名Wahlkreis）布希镇（Buchs）一个富裕的制成品批发商家庭，他是汉斯（Hans Heinrich Rohrer）和卡萨琳娜（Katharina Ganpenbein Rohrer）夫妇4个孩子中的第3个，其孪生姐姐只比他先出生半个小时。1949年全家迁居苏黎世。1961年他与露丝—玛丽（Rose–Marie Eggar）小姐结婚，其蜜月在美国度过，婚后育有两女：长女多丽丝（Doris Shannon）和次女爱伦（Ellen Linda）。2013年5月16日罗雷尔因自然衰竭而逝世于瑞士德语区施维茨州（Schwyz）霍夫区（Hfe）伍尔劳镇寓所（Rebbergstrasse 9D CH-8832 Wollerau），享年80岁。

罗雷尔的主要学习经历：1955年获瑞士联邦理工学院（即苏黎世工业大学ETH Zürich）物理学BS，1960年获该大学实验物理学PhD。其博士论文是关于测量超导体在磁场中长度的变化，此项工作始于以测量杨氏模量的不连续性而著称的丹麦物理学家奥尔森（Jrgen Lykke Olsen，1923—2006），其博士導师是瑞士低温工程专家格拉斯曼（Peter Grassmann，1907—1994）教授。

罗雷尔的主要工作经历：大学毕业后曾短期服役于瑞士山地步兵团。1961—1963年在美国新泽西州罗格斯大学（Rutgers University）进行有关II类超导体和金属的导热性的博士后研究；1963—1997年任职于瑞士苏黎世州霍尔根区（Horgen district）鲁希利康（Rüschlikon）的美国IBM公司苏黎世研究实验室ZRL（IBM Zurich Research Laboratory，常简写为IBM Research–Zurich，成立于1956年），1986—1988年任实验室物理学部主任，获诺奖时是该实验室的高级研究员，期间曾于1974—1975年到美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（UCSB）做访问学者，进行核磁共振NMR（nuclear magnetic resonance）方面的研究。

2凝聚态物理学大师罗雷尔的主要学术成就与贡献凝聚态物理学家罗雷尔原本喜欢古典文学和自然，只是1951年在瑞士联邦理工学院注册时才决定主修物理学。1963年年末他来到IBM公司苏黎世研究实验室工作，其第一个任务是研究近藤系统（Kondo system）在脉冲磁场中的磁阻问题。近藤效应（Kondo effect）是指含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现极小电阻的现象，因1964年首先由日本理论物理学家近藤淳（Jun Kondo，1930.02.06—）从理论上阐明了该现象的形成机制而得名。20世纪60年代末从事反磁体研究，在物理研究组组长卡尔·穆勒（1987年诺贝尔物理学奖得主）博士的支持和鼓励下研究临界现象（critical phenomena）。为了进行超导研究，1978年开始与同事、联邦德国（西德）物理学家和发明家宾尼希（又译为比尼格，Gerd Karl Binnig，1947.07.20—）博士合作构想扫描隧道显微镜，首先利用量子隧道效应原理研究物体表面现象的是美国籍挪威裔物理学家、1973年诺贝尔物理学奖得主贾埃弗（Ivar Giaever，1929.04.05—），但他未能解决好稳定性问题。1981年罗雷尔和宾尼希力克这一技术难关：利用压电陶瓷的压电效应设计显微镜的电镜工作台，通过压电陶瓷的细微调节功能实现试样的精确定位和探针的平面扫描，采用超导磁悬浮的办法达到系统隔震的目的。1982年他们终于创制出世界上第一台新型的物体表面分析仪器——扫描隧道显微镜STM（scanning tunneling microscope），开辟了物质结构研究的全新领域。STM主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，依此来觀测物体表面的三维形貌且又不损伤样品。1983年他们利用STM在硅单晶表面第一次直接观察到周期性排列的硅原子阵列及其表面电子行为[1]。这种显微镜的放大倍数可高达3亿倍，最小分辨率（平行方向为0.04nm，垂直方向为0.01nm）仅为原子直径的1/25（即0.04）。扫描隧道显微镜的诞生是电子显微技术发展史上的一个重要里程碑，在此基础上，科学家们还发明了近场扫描光学显微镜NSOM/SNOM（near–field scanning optical microscope，1984年）[2]、原子力显微镜AFM[atomic force microscope，又称扫描力显微镜SFM（scanning force microscope），1986年由宾尼希等3人发明[3-4]]、磁力显微镜MFM（magnetic force microscope，1987年）、静电力显微镜EFM（electrostatic force microscope）、摩擦力/横向力显微镜FFM/LFM（friction/lateral force microscope）、激光力显微镜LFM（laser force microscope）、化学力显微镜CFM（chemical force microscope）、光子扫描隧道显微镜PSTM（photon STE）、扫描热电势显微镜SThM（scanning thermal microscope）、弹道电子发射显微镜BEEM（ballistic electron emission microscope）、扫描离子电导显微镜技术SICM（scanning ion conductance microscope）和扫描隧道电位仪STP（scanning tunneling potentionmetry）等近30种不同用途的相关科学仪器[5]。上述发明为科学家们探索纳米世界提供了一系列强有力的现代化工具，促进了国际上纳米科技时代的到来。1986年与宾尼希合作发表论文《扫描隧道显微镜》[6]，翌年两人又合著专著《扫描隧道显微镜》（德文Das Raster–Tunnelmikroskop，英文The Scanning Tunneling Microscope）。

此外，罗雷尔还涉猎过磁相图（magnetic phase diagrams）、纳米力学（nanomechanics）、相变（phase transitions）、多临界现象（multicritical phenomena）、随机领域问题（random–field problem）和超导性（superconductivity）等物理学前沿研究领域。

扫描隧道显微镜（STM）的发明在科学技术发明史上占有很重要的地位，从以下STM所获得的荣誉中就可窥见一斑并凸显其历史意义和价值。

2007年12月19日爱思唯尔（Elsevier，其总部设在荷兰首都阿姆斯特丹）旗下的《今日材料》（Materials Today）杂志（月刊，创刊于1998年）评选出全世界50年以来材料科学领域的十大科技进展：①《国际半导体技术蓝图（ITRS）》（The International Technology Roadmap for Semiconductors）：1994年起已更名为美国《国家半导体技术蓝图（NTRS）》（The National Technology Roadmap for Semiconductors）；②扫描探针显微镜SPMs（scanning probe microscopes）：包括STM、AFM、MFM和EFM等各种探针式扫描显微镜；③巨磁电阻效应GMR（giant magnetoresistive effect），法国物理学家费尔（Albert Fert，1938.03.07—）和德国物理学家克鲁伯格（Peter Andreas Grünberg，1939.05.18—）因于1988年先后独立发现巨磁电阻效应而分享2007年诺贝尔物理学奖，并共享“硬盘技术之父”的雅称；④半导体激光器和发光二极管（semiconductor lasers and LEDs）；⑤美国《国家纳米技术计划》（National nanotechnology initiative）；⑥碳纤维强化塑料（carbon fiber reinforced plastics）；⑦锂离子电池材料（materials for Li ion batteries）；⑧纳米碳管CNT（carbon nanotubes）；⑨软光刻（soft lithography）；⑩超材料（metamaterials）。

为纪念美国国际商业机器公司IBM（International Business Machines，成立于1911年6月16日）创建100周年，美国著名IT网站eWeek于2011年评选出IBM公司百年来十大高科技创新发明（均被授予美国专利）：①打孔机：专利号是US998631A，公开日：1911.07.25，IBM公司历史上的第一个专利；②场效应晶体管存储器（即动态随机存储器DRAM，日后成为计算机内存的标准）：专利号是US3387286A，公开日：1968.06.04；③掃描隧道显微镜（STM）：专利号是US4343993A，公开日：1982.08.10；④微机系统外围设备总线控制技术（即IBM PC/AT）：专利号是US4528626A，公开日：1985.07.09；⑤远紫外线外科和牙科手术（日后成为激光眼科手术的基础）：专利号是US4784135A，公开日：1988.11.15；⑥电子目录订购系统（该发明使公共和私人电子网上购物图录服务成为可能）：专利号是US5319542A，公开日：1994.06.07；⑦碳纳米管（专利名：碳纤维及其产品的生产方法）：专利号是US5424054A，公开日：1995.06.13；⑧管理数据挖掘维护（专利名：空间分析系统：有效地安排和调度基础设施的维护和监控）专利号是：US6496814B1，公开日：2002.12.17；⑨车辆电子设备安全技术：专利号是US7006793B2，公开日：2006.02.28；⑩硬盘录像机管理（专利名：通过网络管理数字视频记录）：专利号是US7684673B2，公开日：2010.03.23。

3凝聚态物理学、介观物理学与纳米科技

固体可分为晶体、准晶体（准晶体的发现是2011年诺贝尔化学奖的获奖成果）和非晶体三大类。组成晶体的粒子，在三维空间的排列形成晶格，具有周期性及与周期性相容的空间取向有序性。1855年法国物理学家布拉维（Auguste Bravais，1811.08.23—1863.03.30）最终确定晶格的型式有且只有14种（即布拉维点阵），并将其归纳为7类晶系。他首次将数学中群的概念应用于物理学，为固体物理学作出奠基性贡献。后来人们已确定晶体的对称性可由32个点群和230个空间群来描述。1912年德国物理学家冯·劳厄（Max Theodor Felix von Laue，1879.10.09—1960.04.23，1914年度诺贝尔物理学奖得主）发现X射线在晶体原子点阵中的衍射（劳厄图），开创了固体物理学的新时代，自此人们就可以通过X射线的衍射条纹来研究晶体的微观结构。

“凝聚态”是物质的一种聚集态，构成凝聚态物质的粒子相互之间存在着较强的作用，所表现的一个共同的宏观特征就是其难以被压缩。粒子间较强的相互作用，使凝聚态物质的性质相对于粒子间距较大的气态，具有一系列显著的特征。凝聚态物质包括常见相中的固态和液态（气态不属于凝聚态）、软物质（softmatter，又称软凝聚态物质或复杂液体）；高温下的等离子态；低温下的玻色─爱因斯坦凝聚态BEC（2001年诺贝尔物理学奖获奖成果）、费米子凝聚态、拉廷格液体（Luttinger liquid，又称Tomonaga–Luttinger liquid）、超流态（superfluid）、超导态（superconductor）和超固态（supersolid）以及磁介质中的铁磁性、反铁磁性（antiferromagnetism）和铁电体（ferroelectrics）等。凝聚态物理学是研究凝聚态物质的物理性质与微观结构以及它们之间的关系，即通过研究构成凝聚态物质的电子、离子、原子及分子的运动形态和规律，从而认识其物理性质的学科，其理论基础是量子力学。凝聚态物理学是以固体物理学为基础的外向延拓，低温物理学的发展拓宽了其研究领域。它涉及的研究内容十分广泛，应用性极强，已成为物理学科发展的重点。固体物理学的一个重要理论基石是能带理论，它建立在单电子近似的基础上，而凝聚态物理学的概念体系则渊源于相变与临界现象理论，根植于相互作用多粒子理论，因而具有更加宽阔的视野。20世纪90年代以后，“凝聚态物理学”已逐渐取代“固体物理学”而成为其同义词。

介观是指介于宏观和微观之间的意思。纳米（1nm=10-9m=10）是一个介观尺度的度量单位，它介于微观尺度（原子大小，0.1nm级）和宏观尺度（光学显微镜的分辨极限尺度是光波长的量级，即0.2～3μm）之间。介观物理学是一门研究介观体系中表面和界面问题的学科。在1990年3月美国物理学会凝聚态年会上，首次将介观物理学单独列为分组议题。20世纪90年代以来，对介观系统的研究已逐步成为凝聚态物理学的一个崭新研究领域[7]。

1959年12月29日美国理论物理学家和教育家理查德·费曼（Richard Phillips Feynman，1918.05.11—1988.02.15，1965年诺贝尔物理学奖得主）在加利福尼亚理工学院（Caltech）出席美国物理学会年会时，发表了题为《微观世界仍有很大发展空间》（Theres Plenty of Room at the Bottom）的演讲，明确提出以操纵单个原子、原子团或分子为手段的纳米技术这一基本概念。1962年日本东京大学数学物理学家久保亮五（Kubo Ryōgo，1920.02.15—1995.03.31）教授首创量子限制理论用来解释金属纳米粒子的能阶不连续性，这是纳米科技的重要里程碑。1974年东京理工大学谷口纪男（Norio Taniguchi，1912.05.27—1999.11.15）教授首创“纳米技术”（nanotechnology）一词用以表示公差小于1μm的精密机械加工，有时亦称其为纳米科技（nanoscience and nanotechnology）。现一般将发明STM的1982年（1981年是STM的技术难题突破年）视为纳米元年。1990年7月首届国际纳米科技会议和第5届国际扫描隧道显微镜学会议同时在美国巴尔的摩举行，大会将纳米电子学（包括自旋电子学）、纳米机械学、纳米生物学和纳米材料学列入纳米科技的四大前沿研究领域，并决定出版《纳米结构材料》（Nanostructured Materials）、《纳米生物学》（Journal of Nanobiotechnology）和《纳米科技》（Journal of Nanoscience and Nanotechnology）三种国际性期刊。1991年日本筑波科学城NEC公司物理学家饭岛澄男（Iijima Sumio，1939.05.02—）利用TEM在观察碳的团簇时偶然发现了纳米碳管，成为当时纳米科技研究的热点。

4电子显微镜发明简史

电子显微镜的研制历史可追溯到19世纪末，1897年德国物理学家布劳恩（Karl Ferdinand Braun，1850.06.06—1918.04.20，1909年诺贝尔物理学奖得主）利用荧光物质改善了克鲁克斯管，发明了一种可用荧光屏观测电场控制的狭窄电子束的阴极射线管──布劳恩管，它是电子示波器和电视显像管的前身，这样的电子束管和高真空技术为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1924年法国理论物理学家德布罗意（Prince Louis–Victor Pierre Raymond=7th duc de Broglie，1892.08.15—1987.03.19，1929年诺贝尔物理学奖得主）在其博士论文中将爱因斯坦关于光子波粒二象性的概念加以推广，系统地提出包括电子在内的一切微观粒子都具有波粒二象性的著名论点。1926年德国物理学家布希（Hans Walter Hugo Busch，1884.02.27—1973.02.16）研制成功世界上第一个磁力电子透镜并发表关于磁聚焦的论文，提出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦（如同光线通过透镜时可以聚焦一样），首创几何电子光学理论和电子透镜理论，为电子显微镜的诞生奠定了理论基础[8]。德国物理学家鲁斯卡（Ernst August Friedrich Ruska，1906.12.25—1988.05.27，被誉为“电子显微镜之父”）于1928年11月在柏林工業大学TUB（德文Technische Universitt Berlin，英文Technical University of Berlin，又译为柏林理工大学、柏林科技大学或柏林技术大学，1879年由3个学院合并而成）上大学期间就参加了由该大学高压实验室主任马提亚斯（Adolf Matthias，1882.07.29—1961.09.03）教授领导的阴极射线示波器科研组的工作，1929年开始在电子研究小组组长、德国电气工程师科诺尔（Max Hans Hermann Knoll，1897.07.17—1969.11.06）博士指导下从事电子透镜的实验研究，1931年3月9日他们合作创制出利用高真空下的电子束代替光束成像、二级磁透镜放大的透射电子显微镜原型，这是一台经过改进的阴极射线示波器，最初的放大率仅为16倍，这是世界公认的电子显微镜的雏形。鲁斯卡与德国物理学家冯·波里斯[Bodo von Borries，1905.05.22—1956.07.17，鲁斯卡的妹夫，1954—1956年任国际电子显微镜学会联合会IFSEM（2002年起更名为IFSM）首任会长，1956—1958年鲁斯卡接任第2任会长]合作，采用磁极靴代替长螺线管线圈，进一步研制出全金属镜体的电子显微镜并于1932年3月17日将这种磁透镜申请了德国专利（编号：DE680284C，公开日：1939年8月25日）。经不断改进和完善，在解决一系列技术难题（如稳定度极高的高压电源、电磁透镜电流的恒定和整个系统的高真空等）以后，鲁斯卡终于在1933年12月独自研制出比较成熟的透射电子显微镜TEM（transmission electron microscope），获得了金属铝箔和棉丝纤维的1.2万倍的放大像，其分辨率首次突破了光学显微镜[1628年德国神父和天文学家席耐尔（Christoph Scheiner，1573/1575.07.25—1650.07.18）利用两块凸透镜（物镜和目镜）制成复式显微镜，这是现代光学显微镜的原型。1874年德国光学家和企业家阿贝（Ernst Karl Abbe，1840.01.23—1905.01.14）利用衍射理论证明普通光学显微镜存在分辨率极限（即阿贝极限，0.2μm），奠定了光学显微镜成像的经典理论基础，1878年英国物理学家瑞利（1904年诺贝尔物理学奖得主）给出光学显微镜分辨率的极限公式]的极限，开创了物质微观结构研究的新纪元，TEM的发明被誉为“20世纪最重要的发明之一”[9]。1932年科诺尔和鲁斯卡合作在德国著名的《物理学年鉴》杂志发表论文《几何电子光学的进展》[10]，首次引入电子显微镜的概念和首次使用电子显微镜的名称，故1932年常被视为是电子显微镜的诞生年。1933年鲁斯卡以论文《电子显微镜的磁物镜》[11]（其研究主题是电子光学和电子显微镜学，博士导师：科诺尔）获柏林工业大学工学PhD。应西门子—哈尔斯克公司S & H[von Siemens & Halske，1966年西门子股份公司（Siemens AG）正式成立]的邀请，1937年春鲁斯卡和冯·波里斯帮助其建立电子光学和电子显微镜学实验室，1937—1940年他俩共同担任该实验室主任工程师和责任指导人，1940年将它建成为第一个电子显微镜开放实验室（当时装备了4台电子显微镜）。1939年S & H公司研制成功分辨率达30的世界上最早的商用电子显微镜（当时称超显微镜）并投入批量生产，鲁斯卡及其胞弟、医生和生物学家赫尔穆特（Helmut Ruska，1908.06.07—1973.08.30）等人利用这种电子显微镜在生物学研究方面（如噬菌体病毒）获得很大成功[12-13]。

1936年德国物理学家和发明家欧文·穆勒（又译为米勒，Erwin Wilhelm Müller，1911.06.13—1977.05.17）创制出场发射显微镜FEM（field emission microscope），后发展为场发射电子显微镜FEEM（field emission electron microscope）和场发射扫描电子显微镜FESEM（field emission SEM）。1952年以后他一直供职于美国宾夕法尼亚大学（简称宾州大学），1955年他发明了场离子显微镜FIM（field ion microscope），1967年他与合作者又发明了原子探针场离子显微镜APFIM（atom probe FIM）。

1937年（1938年正式发表相关论文）德国柏林西门子—哈尔斯克公司的应用物理学家和发明家冯·阿登纳男爵（Baron Manfred von Ardenne，1907.01.20—1997.05.26）在TEM基础上增加扫描线圈，创制出扫描透射电子显微镜STEM（scanning TEM），这是世界上第一台扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscope，简称扫描电镜），它主要是利用样品表面产生的二次电子成像来对物质的表面结构进行研究，是探索微观世界的有力工具。出生于帝俄的美国无线电公司RCA（Radio Corporation of America）实验室发明家、现代电视技术的先驱兹沃里金（Vladimir Kosmich Zworykin，1889.07.29—1982.07.29，1924年加入美国籍）于1942年制成世界上第一台实验室用SEM（分辨率1μm），1965年英国剑桥仪器公司生产出世界上第一台商品化SEM，1985年德国蔡司公司（Carl Zeiss AG）研制出世界上第一台数字化SEM，1990年起全面进入数字图像扫描电镜时代。

SEM（1937年）、FIM（1955年）和STM（1982年）是已达到原子分辨水平的三种重要科学仪器，前两者主要应用于材料科学领域，而STM则直接导致纳米科技这一应用科学的兴起。1955年10月11日美国宾州大学物理学教授欧文·穆勒及其博士生巴哈杜尔（Kanwar Bahadur）首次通过FIM观察到单个钨原子的成像[14-15]，这是人类有史以来首次得以清晰地观察到单个原子的分布图像。出生于英国的美国芝加哥大学物理学家克鲁（Albert Victor Crewe，1927.02.18—2009.11.18）等人于1970年利用现代化的SEM实现了原子级的分辨率[16]。STM是第三种能够观察到单个原子的技术，甚至于可实现单原子操控[17-18]。现在科学家们利用STM观测到的扫描隧道谱STS（scanning tunneling spectroscopy）已能进行单分子物理学研究。

5瑞士籍诺贝尔物理学奖得主

迄今瑞士籍的诺贝尔物理学奖得主共有3.5位（爱因斯坦获奖时拥有德国和瑞士双重国籍，按0.5位计算）[19]：①1920年获奖的冶金学家、实验物理学家和计量学家纪尧姆（Charles douard Guillaume，1861.02.15—1938.06.13）：表彰“他发现镍钢合金的反常特性及其在物理学精密测量中应用的重要贡献”（in recognition of the service he has rendered to precision measurements in Physics by his discovery of anomalies in nickel steel alloys），他于1902—1915年任国际计量局BIPM（法文Bureau International des Poids et Mesures，英文International Bureau of Weights and Measures，1875年5月20日成立，其总部设在巴黎西南近郊的塞夫勒Sèvres）副局长，1915—1936年任BIPM局长。②1921年度获奖的理论物理学家爱因斯坦[20-22]。③1986年获奖的实验物理学家罗雷尔：1986年10月15日瑞典皇家科学院决定授予马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的联邦德国物理学家鲁斯卡、联邦德国物理学家宾尼希和瑞士物理学家罗雷尔当年诺贝尔物理学奖，当年每项诺奖奖金总额是200万瑞典克朗，鲁斯卡获得其中的50%，以表彰“他在电子光学的基础性研究并设计出第一台电子显微镜”（for his fundamental work in electron optics，and for the design of the first electron microscope）；宾尼希和罗雷尔各获得奖金总额的25%，以表彰“他们设计出第一台扫描隧道显微镜”（for their design of the scanning tunneling microscope）[23-24]。1986年12月8日鲁斯卡在斯德哥尔摩发表了题为《电子显微镜和电子显微镜学的发展》（The Development of the Electron Microscope and of Electron Microscopy）的诺贝尔演讲，同日宾尼希和罗雷尔也联名发表了题为《扫描隧道显微镜学：从诞生到成熟》的诺贝尔演讲[25]。④1987年获奖的超导物理学家卡尔·穆勒（又译为米勒，Karl Alexander Müller，1927.04.20—）：因高温超导体方面的重要贡献与联邦德国物理学家柏诺兹（Johannes Georg Bednorz，1950.05.16—）分享当年诺贝尔物理学奖，表彰“他们在发现陶瓷材料的超导性方面作出重大突破”（for their important breakthrough in the discovery of superconductivity in ceramic materials），获奖时他俩都是IBM公司苏黎世研究实验室的高级研究员。

1952年诺贝尔物理学奖得主布洛赫（Felix Bloch，1905.10.23苏黎世—1983.09.10苏黎世）是出生于瑞士的美国籍犹太物理学家，他1934年移居美国，1939年加入美国籍（未保留瑞士籍）。

各项诺贝尔奖得主现基本上在每年10月的上旬和中旬揭晓，公布顺序现依次是：生理学或醫学奖、物理学奖、化学奖（2000年及以前与物理学奖同日公布）、文学奖、和平奖和经济学奖。鲁斯卡、宾尼希和罗雷尔是诺贝尔物理学奖历史上的第127～129位得主，诺贝尔奖历史上的第545～547位得主。罗雷尔是诺贝尔物理学奖历史上的第117位逝者，诺贝尔奖历史上的第547位逝者。

根据笔者的统计（双重国籍者各按0.5人计算），在113届（1901—2013）诺贝尔奖的颁奖历史上，现共有195人196人次荣获诺贝尔物理学奖（其中美国理论物理学家巴丁于1956年和1972年两次荣获物理学奖），瑞士籍得奖人数位于美国（86.5）、英国（23）、德国（22.5）、法国（13）、俄罗斯（10，含前苏联）、荷兰（8.5）、日本（6）和瑞典（4）之后，名列第九位。这9个国家的合计人数177占总人数195的90.77%，由此可见诺贝尔物理学奖得主的国籍是高度集中的，其国籍分布数量只有19个，仅多于1969年才设立的纪念阿尔弗雷德·诺贝尔经济学奖的12个[26-30]。

荷兰物理学家塞尔尼克（Frederik "Frits" Zernike，1888.07.16—1966.03.10）“因首倡相衬法，特别是他发明了相衬显微镜”（for his demonstration of the phase contrast method，especially for his invention of the phase contrast microscope）而荣获1953年诺贝尔物理学奖。1932年塞尔尼克试制成功第一台相衬显微镜（又称相差显微镜）并于同年11月26日以蔡司公司的名义申请了德国专利（编号：DE636168C，公开日：1936年10月7日），1941年蔡司公司首先生产出相衬物镜及其附件。

6罗雷尔博士与中国

罗雷尔博士是继爱因斯坦之后，第三个荣获诺贝尔物理學奖的瑞士籍人士，时间间隔达65年之久。北京大学校长蔡元培于1920—1922年曾三次力邀爱因斯坦访华，但他终未成行。1997年罗雷尔从IBM公司苏黎世研究实验室退休后，经常到世界各地远游并讲学，其足迹踏遍中华大地的大江南北，弥补了其前辈爱因斯坦未能正式访华的遗愿。根据笔者收集和查询到的有关资料信息，罗雷尔退休后公开报道的访华（包括中国台湾）经历大致有：①1998年5月7～13日访问台湾，11日在台北“中央研究院物理研究所”做了题为《超越纳米电子学的纳米工程学》（Nanoengineering beyond Nanoelectronics）的学术报告（载1998年5月1日《中央研究院周报》第667期）。②2000年10月24日上午8时在北京友谊宾馆发表亚太表面/界面分析国际会议的特别演讲《小之魔力：纳米尺度上的科学与技术》（The Magic of Small：Science and Technology on the Nonometer scale）。③2002年10月10日被聘为上海复旦大学名誉教授和先进材料与技术研究院高级顾问，同年11月访问北京中国科学院物理研究所。④2003年1月28日访问台北中央研究院，上午拜访1986年诺贝尔化学奖得主、中央研究院院长（任期：1994—2006）李远哲教授，下午在物理研究所发表题为《扫描隧道显微镜和纳米技术》（STM and Nanotechnology）的专题演讲（载2003年1月23日《中央研究院周报》第905期）。⑤为庆祝国家自然科学基金委员会成立20周年，罗雷尔参加了2006年5月25～26日在北京举办的“21世纪科学前沿与中国的机遇”高层论坛，27日下午他在北京清华大学理学院报告厅发表题为《小之魔法和力量》（The Magic and Power of Small）的公众演讲。⑥2007年3月8～11日访问哈尔滨工业大学，10日上午9时在哈工大国际会议中心201报告厅发表题为《小之魔法和力量》的公众演讲。作为清华论坛第8讲嘉宾，12日他又在北京清华大学主楼接待厅发表题为《科学——为了人类的福祉》（Science，for the Benefit of Mankind）的公众演讲。⑦2008年1月14日访问兰州大学并发表题为《纳米技术——可持续世界发展的关键》（Nanotechnology，the Key to a Sustainable World）的学术报告。16～18日再度访问哈尔滨工业大学，17日上午在哈工大逸夫楼[即邵馆，由香港影视制作人、娱乐业大亨和慈善家邵逸夫（原名仁楞，Sir Run Run Shaw，CBE，1907.11.19—2014.01.07）先生捐资兴建]二楼报告厅进行学术报告。⑧为庆祝相对论诞生100年，“阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955）”首展于2005年6月1日至10月6日在瑞士首都伯尔尼获得圆满成功，2010年5月30日此展览首次登陆中国北京。2010年6月26日14时，由瑞士联邦政府科技文化中心组织的高端科学系列活动“诺贝尔奖得主讲座”在京正式拉开帷幕，由罗雷尔主讲的首场讲座在中国科技馆（CSTM）大报告厅开讲，他演讲的题目是《从爱因斯坦到纳米技术》（From Einstein to Nanotechnology），这是中国科技馆开展的“科学讲坛”系列讲座之一，也是“爱因斯坦展”中国巡展中“对话科学家”的系列讲座之一。⑨2010年8月20日自瑞士伍尔劳镇寓所向在北京国际会议中心召开的第18届国际真空大会（IVC-18，会期：8月23～27日）发来题为《科学、魔力和激情》（Science，Fascination and Passion）的致辞。2011年4月26日15时在笔者的母校内蒙古科技大学IMUST（其前身是包头钢铁学院，2003年11月起更为现名）学校会堂发表题为《从爱因斯坦到纳米技术》的公众演讲[31]。当时与罗雷尔博士一起访问IMUST的是时任清华大学理学院院长薛其坤院士（1963.12.19—，2005年11月当选为中科院院士，2013年5月起任清华大学副校长）。由薛其坤院士领衔，清华大学和中科院物理研究所联合团队历时4年，在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。这一实验发现证实了此前中科院物理研究所和斯坦福大学理论团队的预言，被认为是世界基础研究领域的一项重要科学发现（杨振宁称该成果具有诺贝尔奖级），此成果于北京时间2013年3月15日凌晨在美国《科学》杂志在线发表。霍尔效应发现于1879年，反常霍尔效应则由美国物理学家霍尔（Edwin Herbert Hall，1855.11.07—1938.11.20）于1880年首先发现。4月28日18 ∶30分罗雷尔博士在杭州浙江大学又对话浙大学子，并在玉泉校区永谦小剧场发表同一题目的公众演讲[32]。同年5月24日他还参加了“2011蓬莱—未来之星”国际研讨会（会期：5月21～24日）。2012年3月15日16时做客武汉华中科技大学物理学院第19期博学讲堂，在1号楼学术报告厅发表题为《纳米技术——可持续发展的关键》（Nanotechnology，a Key to Sustainability）的学术演讲并受聘担任该校名誉教授。次日14 ∶30分他又做客武汉大学化学与分子科学学院第40期珞珈讲坛，在创隆厅发表题为《从爱因斯坦到纳米技术》的讲座。这次是罗雷尔第二次来到武汉，1998年4月24日他曾到过著名景点黄鹤楼旅游。

退休前罗雷尔至少还有两次访华的经历：①1993年8月12日罗雷尔和宾尼希在北京人民大会堂受到国家主席江泽民的接见，他们是来北京参加由中国科学院主办的扫描隧道显微镜学（STM）第7届国际会议的（会期：8月9～13日，首届STM国际会议于1986年在西班牙圣地亚哥—德孔波斯特拉市举行），这是首次由发展中国家承办的STM国际会议[33]。②1995年10月17日《人民日报》报道：美国IBM公司日前向中国科学院化学研究所赠送一台超高真空扫描隧道显微镜，STM发明者之一罗雷尔博士专程到北京参加赠送仪式。据悉，这台扫描隧道显微镜将用于金属和半导体表面结构和纳米科学方面的研究[34]。

7罗雷尔博士所获主要荣衔

1976年和1984年罗雷尔两获IBM杰出贡献奖（IBM Outstanding Contribution Awards）；1984年宾尼希和罗雷尔同获欧洲物理学会EPS（European Physical Society）颁发的惠普HP（Hewlett–Packard）欧洲物理学奖（现称EPS Europhysics Prize，1976年首次颁奖，欧洲凝聚态物理学界声望最高的奖项），同年他俩还同获沙特阿拉伯首届费萨尔国王国际科学奖（King Faisal International Prize for Science）；1985年获IBM企业奖（IBM Corporate Award）；1987年和宾尼希同获美国富兰克林研究所颁发的克勒松金质奖章（Elliott Cresson Gold Medal，1875—1997年颁奖）。

1986年罗雷尔获得IBM名士（IBM Fellow，始于1963年，截至2013年年底共有246人获此荣誉）荣誉头衔（宾尼希于翌年获得此头衔），它是IBM公司的最高技术荣衔；1988年当选为美国科学院外籍院士；1990年当选为瑞士物理学会名誉会员；1991年当选为欧洲科学院物理和工程学部院士和瑞士工程师和建筑师协会（Swiss Society of Engineers and Architects，德语缩写为SIA）会员；1993—2003年任瑞士联邦理工学院董事会成员；1994年和宾尼希同被载入美国国家发明家名人堂NIHF[National Inventors Hall of Fame，1973年由美国专利商标局USPTO/PTO（United States Patent and Trademark Office）和知識产权法协会全国理事会（National Council of Intellectual Property Law Associations）创设，其博物馆位于俄亥俄州的阿克伦（Akron），可授予已故发明家，迄今获此荣誉者共计487人[35]]；1996年当选为韩国科学技术研究院（KAST）名誉院士；1997—2001年任西班牙国家研究委员会（Spanish National Research Council，1939年11月24日成立于马德里，西班牙语缩写为CSIC）高级顾问；1997年起任日本理化学研究所（RIKEN）研究顾问；1998年当选为瑞士技术科学院（SATS）院士；2007—2013年任日本国立材料纳米构架国际中心MANA（International Center for Materials Nanoarchitectonics，2007年10月成立于筑波）高级顾问；2008年当选为台北“中央研究院”名誉院士。

罗雷尔所获得的主要荣誉博士称号依次有：①1986年，美国罗格斯大学，DSc；②1988年，法国马赛大学[Marseille University，2012年马赛第一大学（即普罗斯旺大学，以人文科学为主）、第二大学（即地中海大学，以理工科学和医学为主）和第三大学（即保罗·塞尚大学，以经济管理和法学为主）合并为艾克斯—马赛大学（Aix–Marseille University）]；③1988年，西班牙马德里自治大学（Autonomous University of Madrid）；④1994年，日本筑波大学（University of Tsukuba）；⑤1995年，德国法兰克福歌德大学（又称法兰克福大学，The Johann Wolfgang Goethe University，Frankfurt）；⑥2000年，日本仙台东北大学（Tohoku University）。

2011年5月17日IBM公司在苏黎世鲁希利康创办了宾尼希和罗雷尔纳米技术中心（Binnig and Rohrer Nanotechnology Center）。2013年11月26日，日本表面科学学会SSSJ（Surface Science Society of Japan）联合IBM公司苏黎世研究实验室发起设立海因里希·罗雷尔奖章（Heinrich Rohrer Medal），分为大奖章（Grand Medal）和新星奖章（Rising Medal）两类，面向全球，每3年颁奖一次。大奖章授予基于表面科学在纳米科学和纳米技术领域取得杰出成就的研究者，每次一般授予1人，奖金总额为100万日元（约合1万美元），若多人获奖则奖金平分。新星奖章则授予在纳米科技领域取得突出成绩且年龄不超过37岁（以颁奖年份的1月1日计算）的研究者，每次授予不同研究主题的3人，每人奖金15万日元（约合0.15万美元）。首届罗雷尔奖章获奖者名单将于2014年7月公布，颁奖仪式将于同年11月2～6日在日本岛根县会议中心举办的第7届表面科学国际研讨会ISSS-7（The 7th International Symposium on Surface Science）期间举行。顺便指出，罗雷尔博士生前曾访问日本多达60余次[36]。

8结束语

实验物理学家罗雷尔和宾尼希因合作共同发明了扫描隧道显微镜（STM），为纳米科技的研究奠定了物质基础，故一起被赞誉为世界“扫描隧道显微镜之父”（the father of STM）和“纳米技术之父”（the father of nanotechnology）。

谨以此文纪念中国人民的老朋友、凝聚态物理学大师海因里希·罗雷尔博士逝世1周年。

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[32]作者不详.诺奖得主对话浙大学子：年龄不仅僅是时间概念[J]. 浙江大学学报（医学版），2011，40（4）：426.

[33]新华社.江泽民会见国际会议代表重申重视基础科研[N].人民日报，1993-08-13（第1版）.

[34]温红彦.IBM公司向中科院赠送扫描隧道显微镜[N].人民日报，1995-10-17（第5版）.

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