电子衍射实验报告

电子衍射试验膜，在荧光屏上观看电子衍射图样，并通过衍射图测量电子波的波长。一、试验目的：测量运动电子的波长，验证德布罗意公式。理解真空中高速电子穿过晶体薄晶系的指标化方法；把握测量立方晶系的晶格常数方法。二、试验原理在物理学的进展史上，关于光的“粒子性”和“波动性”的争论曾连续了很长一段时期。人们最终承受了光既具有粒子性又具有波动性，即光具有波粒二象1924〔deBeroglie〕提出了一切微观粒子都具有波粒二象性的大胆假设。当时，人们已经把握了X射线的晶体衍射学问，这为从试验上证明德布罗意假设供给了有利因素。1927〔1928〕，英国的汤姆逊和雷德发表了他们用高速电子穿透物公式计算出的波长相吻合，从而成为第一批证明德布罗意假设的试验。薛定谔〔Schrodinger〕等人在此根底上创立了描述微观粒子运动的根本理在，电子衍射技术已成为分析各种固体薄膜和外表层晶体构造的先进方法。1924λp的关系与光子一样，即hp为动量。时，即非相对论状况下，电子速度〔光在真空中的速度〕，故其中为电子的静止质量。v可由电场力所作的功来打算：〔2〕将式〔2〕代入〔1〕中，得：〔3〕式中e为电子的电荷，m为电子质量。将、、，各值代入式〔3〕，可得：〔4〕V的单位为伏特〔V〕，λ米。由式〔4〕可计算与电子德布罗意平面单色波的波长。而我们知道，当单色X射线在多晶体薄膜上产生衍射时，可依据晶格的构造参数和衍射环纹大小来计算图1的波长。所以，类比单色X射线，也可由电子在多晶体薄膜上产生衍射时测λ。如λλ依据晶体学学问，晶体中的粒子是呈规章排列的，具有点阵构造，因此可以把晶体看作三维光栅。这种光栅的光栅常数要比一般人工刻制的光栅小好几个量级。当高速电子束穿过晶体薄膜时所发生的衍射现象与X射线穿过多晶体进所发生的衍射现象相类似。它们衍射的方向均满足布拉格公式。1晶体是由原子〔或离子〕有规章地排列而组成的，1〔即相互平行的原子层〕，相邻两平行晶面的间距为一固定值。当具有肯定速度的平行电子束〔X射线〕通过晶体时，则电子〔X射线〕受到原子〔或离子〕的散射。而电子束〔X射线〕λ，依据布喇格射线〕〔如图中的I、II线〕Δ合下述条件时，可产生相长干预，即〕，符合式〔5〕条件的晶面，才能产生相互干预。 图2以上介绍的晶体〔元素或化合物〕成为单晶。X掠射角。式〔5〕称为布喇格公式，它说明只有在衍射角等于入射角的反射方向上，才能产生加强的反射，而在其他方向，衍射电子波〔X〕很微弱，根本就上图等。电子衍射的根本理论qnd=sin2(n=0，1，2，λ，d，n〔如2〕。本试验是观看多晶体样品〔靶〕金的电子衍射。多晶样品是取向杂乱的小晶3λ〔X射线〕入多晶薄膜，则总可以找到不少小晶体，其晶面与入射电子束〔X〕θ，能满足布喇格公式。所以在原入射电子束〔X射线〕方向能满足布喇格公式〔5〕。所以在原入〔X射线〕2θ的衍射方向上，产生相应于该波长的最强反射，也即各衍射电子束〔X射线〕均位于以入射电子束〔X射线〕为轴半顶角为2θ的圆锥面上。假设在薄膜的右方，放置一荧光屏，而屏面与入射电子束〔X〕垂直，则可观看到圆环状的衍射环光迹〔图3〕λ值不变的状况下，对于满足式〔5〕条件的不同取向的晶面，半顶角2θ不一样，从而形成不同半径的衍射环33、这里再进一步介绍如何来标志晶体中各种不同间距和取向的晶面族。单晶体的原子〔或离子〕按某种方式周期性地排列着，这种重复单元称为原a〔这称为晶格常数〕，并相互垂直，这相当于在立方体各面的中心都放置一个原子，如右图4所示。常见的很多金属，如金、银、铜、铝等，x、y、zh、k、l[1]，习惯上用圆括弧表示，记以〔h、k、l〕d与其密勒指数有如下简洁关系：〔6〕以式〔6〕代入式〔5〕，并取n=1，得：〔7〕r为衍射环半径，入射电子束与反2θθ不大时，可用〔7〕改写为4h、k、l1立方晶体各允许反射面相应的密勒指数值。三、试验内容及步骤：022—5〔第三阳极〕与阴DF—11、定性观看电子衍射图样，拍摄电子衍射图像在开启电源前，应将高压掌握开关按反时针拨动，直到顶头的断开位置为5束聚焦，便能得到清楚的电子衍射图样。直径变化状况，并分析是否与预期结果相符。再开启电源，通过调整获得最清楚电子衍射图样，并摄下电子衍射图像。2、测量运动电子的波长。从电子衍射仪的高压电源面板读出加速电压值V，对不同的加速电压、11KV、12KV、13KV〕用游标卡尺或毫米刻度尺，从荧光屏上直接测量衍射2r;代入〔3〕式计算电子的；对同一加速电压，测量不同晶面〔以密勒指数表示〕2r。靶〔多晶膜〕的荧光屏的间距D为，而金的晶格常数=4.07862r、D、a1hkl〔8〕，λ。把由两