電子衍射

1、電子衍射電子衍射電子衍射實(shí)驗(yàn)對確立電子的波粒二象性和建立量子力學(xué)起過重要作用。歷史上在認(rèn)識電子的波粒二象性之前，已經(jīng)確立了光的波粒二象性德布羅意在光的波粒二象性和一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的啟示下，于1924年提出實(shí)物粒子如電子、質(zhì)子等也具有波性的假設(shè)。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)掌握了Ｘ射線的晶體衍射知識，這為從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)德布羅意假設(shè)提供了有利因素1927年戴維孫和革末發(fā)表他們用低速電子轟擊鎳單晶產(chǎn)生電子衍射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。兩個(gè)月后，英國的湯姆遜和雷德發(fā)表了用高速電子

2、穿透物質(zhì)薄片的辦法直接獲得電子花紋的結(jié)果。他們從實(shí)驗(yàn)測得電子波的波長與德布羅意波公式計(jì)算出的波長相吻合，證明了電子具有波動性，驗(yàn)證了德布羅意假設(shè)，成為第一批證實(shí)德布羅意假說的實(shí)驗(yàn)，所以這是近代物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。利用電子衍射可以研究測定各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類型及基本參數(shù)本實(shí)驗(yàn)用電子束照射金屬銀的薄膜，觀察研究發(fā)生的電子衍射現(xiàn)象。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?拍攝電子衍射圖樣，計(jì)算電子波波長。2驗(yàn)證德布羅意公式。二實(shí)驗(yàn)原理電子衍射是以電子束直接打在晶體上

3、面而形成的。在本儀器中我們在示波器的電子槍和熒光屏之間固定一塊直徑約為2.5cm的圓形金屬膜靶，電子束聚焦在靶面上，并成為定向電子束流。電子束由13KV以下的電壓加速，通過偏轉(zhuǎn)板時(shí)，被引向靶面上任意部位。玻殼上有足夠大的透明部分，可以觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電子束采用靜電聚焦及偏轉(zhuǎn)。若一電子束以速度通過極薄的晶體膜，這些電子束的德布羅意波的波長為：?（1）ph???式中普朗克常數(shù)，為動量。設(shè)電子初速度為零，在電位差為的電場中作加速運(yùn)pU動。在電位

4、差不太大時(shí)，即非相對論情況下，電子速度（光在真空中的速度），故c???，其中為電子的靜止質(zhì)量。它所達(dá)到的速度可由電場力所02201mcmm????0m?作的功來決定：（2）mpmeU22122???將式（2）代入（1）中，得：（3）Uemh12???式中為電子的電荷，為電子質(zhì)量，為普朗克常量，然后將、、代入emh0mhe（3）得（4）U225.1???其中加速電壓的單位為V，的單位為米。由式（4）可計(jì)算與電子德布羅意U?1010?平面單

5、色波的波長。而我們知道，當(dāng)單色X射線在多晶體薄膜上產(chǎn)生衍射時(shí)，可根據(jù)晶格的結(jié)構(gòu)參數(shù)和衍射環(huán)紋大小來計(jì)算X射線的波長。所以，類比單色X射線，也可由電子在多晶體薄膜上產(chǎn)生衍射時(shí)測出電子的波長。如與在誤差范圍內(nèi)相符，則說明????德布羅意假設(shè)成立。下面簡述測量的原?理。晶體是由原子（或離子）有規(guī)則地排列而組成的，如圖1所示，晶體中有許多晶面（即相互平行的原子層），相鄰兩晶面就稱它們圖4為該晶面族的密勒指數(shù)，習(xí)慣上用圓括弧表示，記以（、、）。相

6、鄰晶面的間距hkld與其密勒指數(shù)有如下簡單關(guān)系：（6）222)(lkhadlkh???將式（6）代入式（5），并取，得：1?n（7）222sin2lkha?????在圖3中，為多晶薄膜到熒光屏得距離，為衍射圓環(huán)半徑，入射電子束與反射電Dr子束的夾角為，當(dāng)不大時(shí)，可用表示，于是式（7）改寫為：?2??sinDr2（8）2221lkhDar????由上式可知，半徑小的衍射環(huán)相應(yīng)與密勒指數(shù)值小的晶面族，面心立方體的幾何結(jié)構(gòu)決定了只有、、，全是