光学顕微鏡の分解能は波長によって制限され、およそ200ナノメートルが限界です。1920年代にデ・ブロイが粒子にも波の性質があると示し、電子の波長が加速電圧で著しく短くなることが分かりました。ルスカはこの性質に着目し、ソレノイド型電磁石をレンズとして配置することで電子ビームを集束させる電子光学を確立しました。1931年には試作機で光学顕微鏡の二倍以上の分解能を達成し、1938年には商用機が登場しました。電子顕微鏡はウイルスの形態解析や半導体デバイス内部の欠陥検査など多くの分野を革新しました。彼の基礎研究はTEMやSEM、さらに電子リソグラフィー技術へと発展しています。こうした貢献が科学と産業に大きな恩恵をもたらしたことが評価され、1986年のノーベル物理学賞が授与されました。

電子光学は、荷電粒子である電子が磁場および電場中を運動する際のローレンツ力を利用して集束・像形成を行う学問です。ルスカは当時開発が進んでいたカソード線管を応用し、コイルによって生成される磁場を軸対称レンズに見立てることで電子ビームをナノスケールで絞りました。デ・ブロイ波長λ=h/pは加速電圧100kVで約3.7ピコメートルとなり、理論上は原子配列を直接観察できる分解能を与えます。しかし球面収差や色収差が大きな障害で、彼はレンズ間距離や開口絞りを最適化することで実用的解像度を向上させました。透過型電子顕微鏡(TEM)では薄片試料を透過した電子の位相・振幅情報を像として投影し、電子回折パターンから結晶構造を同時に決定できます。後に開発された走査型電子顕微鏡(SEM)や収差補正TEMは、ルスカの基本概念を拡張したものです。電子顕微鏡は材料科学、分子生物学、地球科学などほぼすべての実験分野を支えるプラットフォーム技術と認識されています。ナノテクノロジーの微細加工やリチウムイオン電池の界面観察など産業応用も多岐に渡ります。現在ではハードウェアだけでなく多波長位相解析や機械学習による像再構成が進み、分解能はサブオングストローム領域に到達しました。こうした起点を築いたルスカの業績は物理学における計測技術革新の象徴といえます。

ルスカの電子光学理論はパラキシアル近似下での電子波動方程式とABCD行列を用いて定式化され、ソレノイド内磁場分布B(r)およびレンズエアギャップ形状に基づく収差係数CsとCcの評価を可能にした。1933年の論文では電界収束系と比較して磁界収束系が高エネルギー電子で優位であることを示し、加速電圧60kVで0.05度の発散角を実証している。光学的伝達関数の導入により試料位相がどのように変調されるかを解析し、シュッツリング法によるエッジコントラスト強調を提案した。さらに球面収差定理の先駆的検証を行い、高次収差補正の可能性を指摘したことは特筆される。1938年のSiemens TEMは試料厚50nmで実空間分解能30nmを達成し、生物試料用負染色法の発展を促した。設計思想は現代のCs補正TEMや4D-STEMに継承される。電子ビームシェーピングと位相板技術の進展により後期収差の補正範囲が拡大している。動的散乱理論を組み込むことでインコヒーレンスの効果を精密に評価可能となった。こうした発展はルスカの基礎理論を踏襲しつつTEMを量子顕微鏡へと拡張している。彼の功績は量子ビーム計測とナノ材料解析の両面で今も中心的である。