第十章 电子衍射
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电子的衍射原理电子的衍射原理是指当电子束通过一个尺寸与其波长接近的孔或经过晶体时,会发生衍射现象。
这个现象与光波的衍射原理非常相似,但是由于电子的特殊性质,使得电子的衍射具有一些独特的特点。
首先,我们知道根据德布罗意波动方程,物质粒子也具有波动性质。
对于电子来说,它的波长可以由德布罗意公式λ = h/p计算得出,其中h是普朗克常数,p为电子的动量。
电子的衍射主要是通过电子与晶体或孔的相互作用来产生的。
当电子束遇到晶格的时候,晶格的周期性结构会对电子束产生散射,这种散射就是电子的衍射。
晶格常数决定了衍射的微细结构,而晶体的平面则决定了衍射的方向性。
衍射的过程可以通过惠更斯-菲涅尔原理来描述。
根据该原理,每个点上的波前都可以看作是一系列波源发出的次级波的叠加,这些次级波形成了新的波前。
在电子的衍射过程中,散射的电子波可以视为次级波,而晶体或孔则形成了作为波前的电子波传播的界面。
电子的衍射表现出了一些有趣的现象。
首先是衍射图样的特点,类似于光的衍射,电子的衍射图样也会出现干涉条纹。
这些条纹的形状和分布可以提供关于晶体结构的有用信息,因此电子衍射技术在材料科学中有着重要的应用。
另一个有趣的现象是衍射的相对强度。
电子的散射过程中,不同方向的电子波会相互干涉,形成强度不均匀的衍射图样。
这些强度的变化可以通过使用衍射模型和计算方法来解释。
电子衍射原理在很多领域都有重要的应用,特别是在材料科学、凝聚态物理和电子显微镜技术中。
使用电子衍射技术,科学家们可以研究材料的晶体结构、晶格常数、晶格缺陷等重要的性质。
此外,电子衍射还可用于表征纳米材料、薄膜以及生物分子的结构,为相关研究提供了强有力的工具。
总之,电子的衍射原理是基于电子的波动性而实现的一种衍射现象。
通过电子与晶体或孔的相互作用,电子束会发生散射,形成干涉和衍射的图样。
电子衍射原理的理解和应用对于探索材料的微观结构、研究纳米领域以及发展电子显微镜技术都具有重要的意义。
电子衍射电子衍射实验对确立电子的波粒二象性和建立量子力学起过重要作用。
历史上在认识电子的波粒二象性之前,已经确立了光的波粒二象性.德布罗意在光的波粒二象性和一些实验现象的启示下,于1924年提出实物粒子如电子、质子等也具有波性的假设。
当时人们已经掌握了X射线的晶体衍射知识,这为从实验上证实德布罗意假设提供了有利因素.1927年戴维孙和革末发表他们用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射的实验结果。
两个月后,英国的汤姆逊和雷德发表了用高速电子穿透物质薄片的办法直接获得电子花纹的结果。
他们从实验测得电子波的波长与德布罗意波公式计算出的波长相吻合,证明了电子具有波动性,验证了德布罗意假设,成为第一批证实德布罗意假说的实验,所以这是近代物理学发展史上一个重要实验。
利用电子衍射可以研究测定各种物质的结构类型及基本参数.本实验用电子束照射金属银的薄膜,观察研究发生的电子衍射现象。
一 实验目的1 拍摄电子衍射图样,计算电子波波长。
2 验证德布罗意公式。
二 实验原理电子衍射是以电子束直接打在晶体上面而形成的。
在本仪器中我们在示波器的电子枪和荧光屏之间固定一块直径约为2.5cm 的圆形金属膜靶,电子束聚焦在靶面上,并成为定向电子束流。
电子束由13KV 以下的电压加速,通过偏转板时,被引向靶面上任意部位。
玻壳上有足够大的透明部分,可以观察内部结构,电子束采用静电聚焦及偏转。
若一电子束以速度ν通过极薄的晶体膜,这些电子束的德布罗意波的波长为:p h='λ (1)式中普朗克常数,p 为动量。
设电子初速度为零,在电位差为U 的电场中作加速运动。
在电位差不太大时,即非相对论情况下,电子速度c <<ν(光在真空中的速度),故02201/m c m m ≈-=ν,其中0m 为电子的静止质量。
它所达到的速度ν可由电场力所作的功来决定:m p m eU 22122==ν (2)将式(2)代入(1)中,得:U em h 12='λ (3) 式中e 为电子的电荷,m 为电子质量,h 为普朗克常量,然后将0m 、h 、e 代入(3)得U 225.1='λ (4)其中加速电压U 的单位为V ,λ的单位为1010-米。