Надо Знать

добавить знаний



Дифракция электронов



План:


Введение

Дифракция электронов или электронная дифракция - явление прямолинейно розпосвюдження электронов и огибания ими препятствий, возникает благодаря их волновой природе.


1. Волновая природа электрона

Гипотеза о том, что электрон, и, в общем, все частицы, имеют время волновые свойства было высказано Луи де Бройлем (см. Корпускулярно-волновой дуализм). Длина волны электрона с де Бройлем равна

\ Lambda = \ frac {\ hbar} {mv} ,

где \ Lambda - Длина волны, \ Hbar - возведена постоянная Планка, m - масса электрона, v - его скорость.

Если скорость электрона обусловлена ​​прискотенням в электрическом поле с потенциалом U, то длина волны оценивается формулой

\ Lambda = \ frac {\ hbar} {\ sqrt {2meU}} ,

где e - заряд электрона.

При потенциале 150 В длина волны электрона составляет 0,1 нм, то есть примерно равно типичном размера атома. Електромагнинти волны такой же длины относятся к рентгеновского диапазона.

Таким образом, электрон проявляет свои волновые свойства лишь при огибания препятствий атомных размеров.

В других аспектрах дифракция электронов совершенно аналогична дифракции волн любой природы.


2. Экспериментальное подтверждение

Еспериментально явление дифракции электронов было подтверждено в 1927 году Дэвиссон и Джермером и независимо, Томсоном. В 1937 году Дэвисон и Томсон получили Нобелевскую премию по физике за это открытие.

Томсон получил интерференционную картину, пропуская пучок электрона через металлическую фольгу, а Дэвисон и Джермер использовали кристаллы.

Открытие дифракции электронов стало решающим подтверждением гипотезы де Бройля и установило волновую природу электрона.


3. Дифракция электронов в кристаллах

Типичная дифракционная картина, полученная в ТЕМ

Каждый атом перидичнои решетки кристалла является рассеивателем электронов. Период кристаллической решетки примерно равна длине волны электрона, ускоренного в электрическом поле с напряжением порядка 50-100 В. Дифракция происходит выполнение условия Вульфа-Брэгга (подробнее Брэгговского дифракция).

Электронная дифракция, как и в случае дифракции рентгеновских лучей может проводиться на монокристаллах или поликристаллических образцах. При дифракции на монокристаллах (дифракция Лауэ) образована дифракционная картина состоит из отдельных светлых точек, определяемых направлениям, в которых выполняется условие Вульфа-Брэгга. Расположение этих точек на Прощина позволяет определить период и индексы Миллера соответствующих кристаллических плоскостей, а, следовательно, воссоздать решетку кристалла.

При дифракции на поликристаллических образцах ( дифракция Дебая) полагаются на то, что среди многочисленных кристаллических зерен всегда найдется такое, для которого будет выполняться условие Вульфа-Брэгга. Дифракционные картины образуются в виде концентрических колец, радиусы которых позволяют вычислить период кристаллической решетки и индексы Миллера.


4. Использование

Электронная дифракция используется наряду с дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией нейтронов для структурного анализа. Электронные микроскопы обычно имеют режим, в котором возможно наблюдать дифракцию электронов на кристаллической решетке. Преимуществом электронной дифракции по сравнению с рентгеновской является ниже напряжения и короткое время, за которое дифракционная картина фиксируется на фотопленке. Недостатком является необходимость изготовления образцов с толщиной менее 100 нм, что очень кропотливая работа.


Источники

  • Белый М. В., Охрименко Б. А. Атомная физика. - К. : Знание, 2009. - 559 с.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам