彼得·古德曼1928-1999

1999年3月26日，电子衍射领域的先驱科学家彼得·古德曼在澳大利亚墨尔本去世。彼得患有长期心脏病，尽管最近他的健康状况一直不好，但他仍然积极从事研究和指导学生。他的终身伴侣帕特和他们的三个孩子戴维、罗宾和理查德，以及五个孙子，使他得以幸存。我们在这里收集了彼得的许多同事的贡献，他们从不同的角度阐述了他的观点和成就，我们希望这幅镶嵌画能揭示出他的一些性格。

毫不夸张地说，他、亚历克斯·穆迪和冈特·列姆普福尔所从事的工作建立了一个完整的科学领域，自那时以来，世界各地的许多团体都在研究这个领域。彼得在电子衍射方面做了世界级的工作，他非常仔细和彻底的工作为所有其他涉及电子衍射和显微镜的科学家设定了极高的标准。他在该领域发表了许多具有开创性意义的论文。

彼得是一位专心致志的实验物理学家，也是许多人很高兴见到的最谦逊的人。似乎是一种深思熟虑的好奇心激发了他在实验室的实验工作中，以及他对电子晶体学领域一些基本问题的高度创新的方法。他的主要和持久贡献是将会聚束电子衍射（CBED）复兴和发展成为一种晶体工具。最近通过会聚束电子衍射进行的晶体学研究起源于古德曼和列姆普费尔（1965年），尽管科塞尔和莫伦斯特德（1939年）的早期工作是在大约50年前完成的。乔恩·格约内斯回忆道，20世纪60年代初，彼得在奥斯陆呆了一年，期间他曾数次访问柏林的弗里茨-哈伯研究所（Fritz-Haber-Institute）。他对电子衍射中的强度测量感兴趣，并对用斑点图案（称为“交叉光栅”图案）记录单晶强度的方式提出了批评。他解释说，强度曲线（“摇摆曲线”）将是一个更明确的选项，并建议使用聚焦于试样的会聚光束。这种在现代电子显微镜中是标准的探针形成设备当时还不可用。但彼得找到了一个非传统的实际解决方案，这是他的特点。在Fritz-Haber与Gunter Lehmpfuhl合作时，他在物镜孔径位置放置了一块薄晶体，即西门子Elmiskop I型强透镜的后焦面。他们通过会聚一束角度超过10的锥形电子束，获得了CBED图案^-3rad在厚度均匀且无弯曲的小面积试样（~300°）上。他们以这种方式获得的CBED图形标志着这项技术在确定晶体对称性和结构因子精细化方面的系统应用的开始。他们首先使用Peter设计的样品测角仪测定了低阶晶体结构因子。这是现代CBED方法的开端。低阶结构因子的确定已经得到了广泛的研究，尤其是左博士和斯宾塞博士。彼得为CBED方法赋予了真正的科学价值，他是该方法的真正先驱。这个故事说明了彼得从事科学的两个方面：在实验工作中寻找实际的解决方案，以及在他的领域中寻找具有广泛意义的问题的深远解决方案。他对20年前CBED早期工作的兴趣揭示了他性格的另一面。他在编辑《电子衍射五十年》（IUCR 1981）一书时，拜访了G.Möllenstedt和Caroline MacGillavry。1962年10月，彼得·古德曼（Peter Goodman）和冈特·列姆普费尔（Gunter Lehmpfuhl）在柏林弗里茨-哈伯研究所（Fritz-Haber-Institute）参观莫里哀教授的系时，应海因·瓦格恩费尔德（Hein Wagenfeld）的建议，首次见面。他们很快就在一起工作，我们想回顾一下导致这一合作取得成功的一些情况。彼得是电子衍射领域的晶体学家。他试图记录更大范围的相互空间，以便与理论考虑进行更好的比较。他认为，这可以通过倾斜入射电子束的方向，同时改变感光板上衍射光束的移动来实现，就像在x射线衍射中一样。柏林国防部开发了这样一种仪器，只需稍作修改即可使用。他们遵循了约翰·考利（John Cowley）的想法，他在摄影记录过程中使衍射光束偏转，以便进行更精确的强度测量。对观测结果进行可靠分析的条件是，入射方向改变期间记录的强度分布与明确定义的试样面积明确相关。很难满足这个条件。对于这样的实验，厚度和结晶度均匀的单晶样品的尺寸为10米我是必要的。所以他们从云母开始。随着光束直径的减小，研究均匀晶体区域的概率增加。沃尔特·道尔（Walter Dowell）正在Ruska教授的系里写博士论文，他提请古德曼（Goodman）和列姆普福尔（Lehmpfuhl）注意这样一个事实，即在电子显微镜物镜的后焦面上产生一个非常小的焦点，其直径为几十纳米。所以他们试图把标本放在电子显微镜的这个平面上。但有一个问题：后焦平面不在电极片的间隙中，而是在低于表面1.1 mm的下电极片的孔中。彼得加工了一个圆柱形空心螺钉，可以从上面插入物镜的孔径固定器。这是可能的，因为他们使用了西门子Elmiskop，它可以很容易地在物镜上方分开。空心螺钉的下端带有一个带有晶体的样品网格。在这种条件下的衍射是Kossel-Möllenstedt技术。很快他们就明白了为什么这种衍射技术没有得到普遍应用。也就是说，当用这种高电流密度的小电子探针照射时，样品受到了污染。在不到一秒钟的时间内，明亮的衍射图案消失了，不可能进行仔细的调查。这种污染是由电子束与晶体表面的碳氢分子相互作用产生的，并通过常规真空残余气体的沉积和表面的分子迁移立即补充。Ruska教授系的成员Gunter Heide告诉他们，通过加热样本可以减少或避免样本污染。根据这一信息，彼得在样品螺丝中安装了一个用于加热的小铂带，并用araldite和导电银进行加热。水晶被放在这个加热带的一个洞上面。光圈固定器和调整螺钉进行了修改，以输入加热电流。彼得娴熟的即兴创作令人着迷，震惊了训练有素的同事，但同时也解决了一个难题。后来，铂热胶带被Mo-heating片材取代，该片材由Telefunken半导体实验室的G.Goldbach博士采用光化学技术生产。现在可以通过电子衍射来研究明确的晶体区域。电子探针由孔径约为1度的电子束形成。该光束的孔径由物镜样品平面中光阑的直径决定。有了这种几何形状，Kossel-Möllenstedt技术的条件，就会自动显示出倒数空间的大面积，通过将光束倾斜用于入射和如上所述的记录相结合的方式，将冗长地记录下来。通过改变物镜样品平面上孔径的位置，可以使入射光束的方向发生微小变化。有了这些知识，彼得和乔克·米尔斯一起建造了一台物镜倒置的衍射相机，在那里，标本安装在透镜下方的测角台上，可以提升到后焦平面。后来，他与一台Elmiskop合作，该仪器由Walter Dowell和Darryl Williams改进，用于会聚束电子衍射和污染控制，在该仪器中，样品和周围区域被冷却到100°K。现在，这样的实验可以在任何具有由Riecke Ruska（双或超双透镜）制成的聚光物镜的商业电子显微镜中进行。然而，样本污染仍然是一个问题，必须通过适当的处理加以解决。这些是系统研究电子衍射现象和定量分析强度分布的条件，以便使用考利-穆迪相位光栅近似或电子衍射的贝斯处理与理论考虑进行比较。最初，只有运动学或双光束近似用于解释衍射现象。然而，随着计算机技术的发展，可以使用高阶近似来研究固态的晶体结构。彼得使用考利-穆迪近似来模拟实验衍射强度。考利-穆迪理论中的问题是改变入射电子束的方向，彼得巧妙地解决了这一问题，在薄相栅-多重片计算中，他将下面的切片朝适当的方向移动。Gunter记得Alex Moodie很高兴看到Peter将实验与MgO进行了比较，并用适当的厚度、晶体电势和吸收率进行了计算。这对进一步调查产生了影响。（电子的能量可以独立测定。）

Peter对CBED图案中出现的对称性的解释发表在《自然》杂志（1974年）上，开辟了一种新的晶点群测定方法。布里斯托尔小组的巴克斯顿等人在一篇非常漂亮的论文中描述了这种方法。与Gunter合作发表的第一个结果（1964年）实际上是观察（或确认）运动禁止反射中动态消光的条件。正如乔恩·格约纳斯（Jon Gjönnes）所记得的那样，1963年某个时候，彼得（Peter）曾短暂返回奥斯陆，当时他解释了他的实验，他希望在返回墨尔本之前公布一些结果。他提到了一些不错的CdS晶体，Gjönnes建议他的实验可以在纤锌矿型结构的禁止001-反射中观察到这种情况。这就是他和冈特所做的，他们在彼得离开之前提交了论文。这是目前用于确定空间群的基本方法。当然，接下来是关于CBED证明文件的其他工作，用于精确测定结构因子，以及关于测定完全对称性（超越经典的“衍射对称性”）时偏离弗里德尔定律的工作。Gjönnes和Moodie最终澄清了消光线与滑面和螺旋轴之间的关系。所有空间群消光线的形成后来由Tanaka等人制成表格。Peter在最近修订的《国际结晶学表》B卷中描述了CBED方法的空间群对称理论。

与Peter的合作对许多活跃的材料科学研究人员的科学发展产生了重大影响，尤其是Gunter Lehmpfuhl的研究人员。彼得的意图是将实验观察与理论考虑进行比较。随着现代计算机的发展，理论处理中的更高近似值可以用于模拟，以与实验观测进行比较。预测和观测之间的一致性以及对几个参数的敏感性令人着迷。因此，冈特开始使用计算机技术来解释旋转晶体实验中的强度分布。这是可以首次记录色散表面的时期。从使用滑尺来解释双光束近似下的衍射观测到更复杂的多光束相互作用的计算机处理，这是一大步。当彼得和冈特在柏林第一次见面时，彼得对冈特的计算尺笑了。他已经使用了机械计算机。但1965年刚特来到墨尔本时，他看到了一条计算尺！然而，当时CSIRO已经安装了大型计算机，Peter向Gunter展示了他于1966年在柏林尝试复制的多波束计算的第一个结果。1966年在柏林，在哈里·波尔的帮助下，弗里茨-哈伯研究所建造了一台衍射相机，这台相机与彼得·古德曼和乔克·米尔斯根据彼得和冈特在墨尔本的经历建造的相机相似。

在柏林时期之后的几年里，冈特和彼得或多或少有着密切的联系。由于健康问题，这种接触无法按要求加强。然而，与莫利埃教授所在系工作了一段时间的同事进行了富有成果的交流。冈特也很幸运，他曾两次在CSIRO呆了半年，1965年受彼得邀请，1984年受沃尔特·道尔邀请。

另一个早期科学生涯受到彼得强烈影响的人是大卫·科卡恩。大卫第一次认识彼得是在他还是一名学生的时候，当时他被派去帮助他和亚历克斯·穆迪在墨尔本克莱顿的CSIRO建造早期会聚束电子衍射相机。大卫被告知彼得有心脏问题，大卫的任务是减轻他的一些工作量。任何认识彼得的人都会知道这是一项多么不可能的任务。从早到晚，彼得制作了乐器，亚历克斯担任监工，大卫担任学徒。这是一个充满热情和期望的环境，在这里，年轻的研究人员不可能不被科学的乐趣所吸引。彼得不是一个修修补补的科学家，他在设计设备和实验方面表现出了非凡的天赋，他解决了难题，并且他表现出了对实验的精通，克服了大多数其他人都会遇到的技术障碍。

彼得一生都是年轻研究人员的热情导师。他没有老师的正式技能——事实上，很多都是他讲课风格的轶事——但他以身作则，他非常耐心和专注。许多年轻的研究人员从他的教学中受益匪浅，他甚至会竭尽全力解释最困难的概念。

有很多关于彼得的故事，我们不可能在这里讲述太多。科林·汉弗莱斯（Colin Humphreys）提到的以下轶事反映了彼得的性格。几年前，彼得和科林在日本的一个会议上。会议结束时，他们去了JEOL电子显微镜工厂，离开工厂时，他们都有一辆JEOL汽车，要开很长一段路才能到达机场。在去机场的路上，彼得多次询问时间，因为他担心他们可能会错过航班。科林问彼得是否忘了带手表，彼得回答说，他一生中从未拥有过手表！他接着说，许多人认为他心不在焉，但这很大程度上是因为他没有手表，因此他经常开会迟到、吃饭迟到等。车里的日本推销员无意中听到科林和彼得的对话，立即指示司机不要去机场，去一家卖手表的商店打电话。彼得温和地抗议，但无济于事，彼得选择了一块相当漂亮的手表。科林现在不记得是彼得还是JEOL付钱了！我们知道，彼得对他的手表感到非常自豪，以后每当科林看到他，他都会想起这个场合，并向科林展示他的手表。然而，我们不确定这是否使他心不在焉！

彼得一直关心太空小组的决心，直到生命的尽头。也就是说，他想找到区分两组空间群（I222和I212121）和（I23和I213）的方法，而田中美久早就放弃了这两组空间。1997年，他热切地向Michiyoshi提出合作，以找到区分他们的方法。田中教授向日本教育部申请资助这一国际研究项目，该申请于1998年被接受为一年期项目。1998年10月，一位同事被派去与他讨论初步结果，但不幸的是，彼得似乎没有那么积极地推进讨论。就在Michiyoshi去世和项目结束之前，他的团队终于成功地解决了这个问题：通过连贯的CBED方法可以区分这两个空间组。Michiyoshi很遗憾他没能让他知道结果。用他的话来说——“我根本没想到他会这么突然升天”。这是田中美久（Michiyoshi Tanaka）用彼得和冈特（Gunter）建造的仪器从冈特·勒姆普福尔（Gunter-Lehmpfuhl）那里学习CBED方法的一个非常难忘的经历。Michiyoshi当时认为该方法是最后一个尚未解决的动态衍射问题，这个问题将吸引他30多年。如果没有彼得的开创性工作，他无法想象自己的研究生活。

1983年初，已故的亚瑟·威尔逊（Arthur Wilson）和乌里·什穆利（Uri Shmueli）正在策划《国际结晶学表》（International Tables for Crystallography）的B卷和C卷。由于旧表只处理X射线晶体学，而“X射线”属性现在被省略，电子和中子衍射就出现了。这是乌里当年第一次联系国际原子能委员会电子衍射委员会主席彼得的方式。在很大程度上要归功于Peter的宝贵建议，电子衍射在国际表格的B卷和C卷中有代表性。Peter为第B卷贡献了一个与他自己专业知识相关的章节：会聚束电子衍射，并与Alex Moodie和John Cowley一起参与了第B.5.2章：“电子衍射动力学理论”的贡献。乌里非常重视他对向读者展示材料的一贯兴趣，在B卷第一版和第二版的编写过程中进行了大量修改就是证明。在他去世前不到一年，彼得决定用一个完全更新的版本取代他的部门，他们开始了新一轮的通信。彼得的计划因生病而被截断，但他从未失去恢复工作的希望，即使是在他过早去世前不久。乌里和彼得在1984年汉堡和1987年珀斯IUCr大会期间见过几次面，他们不仅仅是随意的问候。彼得很善良，有一种安静但很幽默的感觉，这是乌里非常喜欢和尊重他的。

家庭联系对彼得的许多合作者来说非常重要。起初是在柏林，然后是1965年在墨尔本，古德曼夫妇在那里向列姆普菲尔一家展示了澳大利亚的美丽，后来又在1984/85年，列姆普福尔和古德曼一家在一起度过了美好时光。两家人最后一次见面是在1996年。冈特清楚地记得，在约翰·考利70岁生日庆祝之后，他们在亚利桑那州的克里斯托弗·克里克度过了两天。冈特和他的家人对这些家庭聚会表示感谢，他们将让彼得活在他们的记忆中。

彼得在几篇重要论文中为CBED技术的后续发展做出了贡献。但他似乎对通过完善和应用系统地利用自己的想法不太感兴趣。他将作为一名实验先驱而被人们铭记，他的分析思维对那些见过他的人来说是显而易见的。当然，他也是墨尔本CSIRO化学物理实验室独特慷慨的科学环境的产物。他作为一名科学家和一位朋友受到了人们的赞赏。

无论是在上流社会的正式细节层面，还是在制度等级的政治层面，彼得的态度和观点都不受传统的约束。他对这种结构中等级的展示及其随之而来的浮夸表达了颠覆性的幽默感，在一些狭隘和偏狭的环境中，他确实承受了后果。也许“尽管最初有人怀疑，但坚持到底”之类的话是描述他的态度的恰当短语。彼得一想到这个主意就忍不住了。彼得指导的大多数学生，包括最近的学生，都非常感谢他。

他对电子衍射和结构研究领域的贡献将不可磨灭地载入该学科的历史，并将永垂不朽。他早期的收敛-光束工作表明，动态计算的强度与实验很好地匹配，这开辟了定量电子衍射和对称性探索的领域，其他团体也效仿了这一领域，包括布里斯托尔学派、亚利桑那学派和挪威学派。彼得是一位非常有价值的同事，他与当时许多领先的衍射理论学家进行了深入合作，其中包括亚历克斯·穆迪、冈瑟·莱姆普福尔和乔恩·戈恩斯。他的出版物总是一丝不苟、准确无误，值得仔细研究。

他是一位伟大的电子晶体学家，开创了CBED方法，他的名字肯定会流传千古。我们同意田中美久的话——“我祈祷他的灵魂安息”。