Elektronidiffraktio

Elektronidiffraktio on valon diffraktiota muistuttava ilmiö, jossa elektronin kulkureitti taipuu, kun sen kulkuun on vaikuttanut jokin kappale, esimerkiksi rako tai kide. Elektronit hajaantuvat osuessaan materiaalin hilassa oleviin atomeihin, ja muodostavat sen jälkeen kalvolle osuessaan symmetrisiä interferenssikuvioita.

Tyypillinen elektronidiffraktiokuvio samansuuntaisissa elektronisuihkuissa (TEM)

Elektronidiffraktiota käytetään, kun tutkitaan kiinteän aineen kidejärjestelmää. Diffraktiokokeissa elektronit kiihdytetään tietyllä jännitteellä, että saataisiin niille haluttu aallonpituus ennen kuin ne läpäisevät tutkittavan aineen.

HistoriaMuokkaa

Hypoteesin hiukkasten aaltoluonteesta teki ensimmäistä kertaa Louis de Broglie väitöskirjassaan vuonna 1924. Hänen mukaansa kaikella aineella on sekä hiukkas- että aaltoluonne, myös elektronilla. Vuonna 1927 Clinton Davisson ja Lester Germer havaitsivat ensimmäisinä elektronidiffraktion tehdessään sirontakokeita nikkelin pinnasta. Tämä vahvisti de Broglien teorian hiukkasten aaltoluonteesta.

TeoriaMuokkaa

Elektronin aallonpituusMuokkaa

Elektronin aallonpituus riippuu sen liikemäärästä. Aallonpituus lasketaan de Broglien yhtälöllä

 ,

missä   on Planckin vakio ja   hiukkasen liikemäärä. Koska elektroni nopeus on relativistinen, lähellä valonnopeutta, on käytettävä kokonaisenergian[1] laskemiseen yhtälöä

 

missä   on valonnopeus ja   on m-massaisen hiukkasen lepoenergia. Kun huomioidaan jännitteen   aiheuttama elektronin liike-energia   ja lepoenergia  , voidaan kokonaisenergia voidaan ilmaista muodossa

 ,

joka neliöidään

 .

Yhdistämällä kokonaisenergian neliöiden yhtälöt saadaan

 

josta lasketaan liikemäärä

 .

Yhdistämällä liikemäärä de Broglien yhtälöön saadaan elektronin aallonpituudeksi

 

Elektronin siroaminenMuokkaa

 
Elektronin taipuminen hilassa

Elektronin siroamista hilassa kuvataan Braggin lailla

 ,

missä   on hilavakio, eli hilatasojen välimatka,   elektronin tulokulma ja   on allonpituuden moninkerta.


Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. HyperPhysics – Relativistic energy hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. en

Aiheesta muuallaMuokkaa

Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.