電子衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電子衍射試驗(yàn)?zāi)ぃ跓晒馄辽嫌^看電子衍射圖樣，并通過衍射圖測(cè)量電子波的波長(zhǎng)。一、試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量運(yùn)動(dòng)電子的波長(zhǎng)，驗(yàn)證德布羅意公式。理解真空中高速電子穿過晶體薄晶系的指標(biāo)化方法；把握測(cè)量立方晶系的晶格常數(shù)方法。二、試驗(yàn)原理在物理學(xué)的進(jìn)展史上，關(guān)于光的“粒子性”和“波動(dòng)性”的爭(zhēng)論曾連續(xù)了很長(zhǎng)一段時(shí)期。人們最終承受了光既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即光具有波粒二象1924〔deBeroglie〕提出了一切微觀粒子都具有波粒二象性的大膽假設(shè)。當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)把握了X射線的晶體衍射學(xué)問，這為從試驗(yàn)上證明德布羅意假設(shè)供給了有利因素。1927〔1928〕，英國(guó)的湯姆遜和雷德發(fā)表了他們用高速電子穿透物公式計(jì)算出的波長(zhǎng)相吻合，從而成為第一批證明德布羅意假設(shè)的試驗(yàn)。薛定諤〔Schrodinger〕等人在此根底上創(chuàng)立了描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的根本理在，電子衍射技術(shù)已成為分析各種固體薄膜和外表層晶體構(gòu)造的先進(jìn)方法。1924λp的關(guān)系與光子一樣，即hp為動(dòng)量。時(shí)，即非相對(duì)論狀況下，電子速度〔光在真空中的速度〕，故其中為電子的靜止質(zhì)量。v可由電場(chǎng)力所作的功來打算：〔2〕將式〔2〕代入〔1〕中，得：〔3〕式中e為電子的電荷，m為電子質(zhì)量。將、、，各值代入式〔3〕，可得：〔4〕V的單位為伏特〔V〕，λ米。由式〔4〕可計(jì)算與電子德布羅意平面單色波的波長(zhǎng)。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)，可依據(jù)晶格的構(gòu)造參數(shù)和衍射環(huán)紋大小來計(jì)算圖1的波長(zhǎng)。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(cè)λ。如λλ依據(jù)晶體學(xué)學(xué)問，晶體中的粒子是呈規(guī)章排列的，具有點(diǎn)陣構(gòu)造，因此可以把晶體看作三維光柵。這種光柵的光柵常數(shù)要比一般人工刻制的光柵小好幾個(gè)量級(jí)。當(dāng)高速電子束穿過晶體薄膜時(shí)所發(fā)生的衍射現(xiàn)象與X射線穿過多晶體進(jìn)所發(fā)生的衍射現(xiàn)象相類似。它們衍射的方向均滿足布拉格公式。1晶體是由原子〔或離子〕有規(guī)章地排列而組成的，1〔即相互平行的原子層〕，相鄰兩平行晶面的間距為一固定值。當(dāng)具有肯定速度的平行電子束〔X射線〕通過晶體時(shí)，則電子〔X射線〕受到原子〔或離子〕的散射。而電子束〔X射線〕λ，依據(jù)布喇格射線〕〔如圖中的I、II線〕Δ合下述條件時(shí)，可產(chǎn)生相長(zhǎng)干預(yù)，即〕，符合式〔5〕條件的晶面，才能產(chǎn)生相互干預(yù)。 圖2以上介紹的晶體〔元素或化合物〕成為單晶。X掠射角。式〔5〕稱為布喇格公式，它說明只有在衍射角等于入射角的反射方向上，才能產(chǎn)生加強(qiáng)的反射，而在其他方向，衍射電子波〔X〕很微弱，根本就上圖等。電子衍射的根本理論qnd=sin2(n=0，1，2，λ，d，n〔如2〕。本試驗(yàn)是觀看多晶體樣品〔靶〕金的電子衍射。多晶樣品是取向雜亂的小晶3λ〔X射線〕入多晶薄膜，則總可以找到不少小晶體，其晶面與入射電子束〔X〕θ，能滿足布喇格公式。所以在原入射電子束〔X射線〕方向能滿足布喇格公式〔5〕。所以在原入〔X射線〕2θ的衍射方向上，產(chǎn)生相應(yīng)于該波長(zhǎng)的最強(qiáng)反射，也即各衍射電子束〔X射線〕均位于以入射電子束〔X射線〕為軸半頂角為2θ的圓錐面上。假設(shè)在薄膜的右方，放置一熒光屏，而屏面與入射電子束〔X〕垂直，則可觀看到圓環(huán)狀的衍射環(huán)光跡〔圖3〕λ值不變的狀況下，對(duì)于滿足式〔5〕條件的不同取向的晶面，半頂角2θ不一樣，從而形成不同半徑的衍射環(huán)33、這里再進(jìn)一步介紹如何來標(biāo)志晶體中各種不同間距和取向的晶面族。單晶體的原子〔或離子〕按某種方式周期性地排列著，這種重復(fù)單元稱為原a〔這稱為晶格常數(shù)〕，并相互垂直，這相當(dāng)于在立方體各面的中心都放置一個(gè)原子，如右圖4所示。常見的很多金屬，如金、銀、銅、鋁等，x、y、zh、k、l[1]，習(xí)慣上用圓括弧表示，記以〔h、k、l〕d與其密勒指數(shù)有如下簡(jiǎn)潔關(guān)系：〔6〕以式〔6〕代入式〔5〕，并取n=1，得：〔7〕r為衍射環(huán)半徑，入射電子束與反2θθ不大時(shí)，可用〔7〕改寫為4h、k、l1立方晶體各允許反射面相應(yīng)的密勒指數(shù)值。三、試驗(yàn)內(nèi)容及步驟：022—5〔第三陽(yáng)極〕與陰DF—11、定性觀看電子衍射圖樣，拍攝電子衍射圖像在開啟電源前，應(yīng)將高壓掌握開關(guān)按反時(shí)針撥動(dòng)，直到頂頭的斷開位置為5束聚焦，便能得到清楚的電子衍射圖樣。直徑變化狀況，并分析是否與預(yù)期結(jié)果相符。再開啟電源，通過調(diào)整獲得最清楚電子衍射圖樣，并攝下電子衍射圖像。2、測(cè)量運(yùn)動(dòng)電子的波長(zhǎng)。從電子衍射儀的高壓電源面板讀出加速電壓值V，對(duì)不同的加速電壓、11KV、12KV、13KV〕用游標(biāo)卡尺或毫米刻度尺，從熒光屏上直接測(cè)量衍射2r;代入〔3〕式計(jì)算電子的；對(duì)同一加速電壓，測(cè)量不同晶面〔以密勒指數(shù)表示〕2r。靶〔多晶膜〕的熒光屏的間距D為，而金的晶格常數(shù)=4.07862r、D、a1hkl〔8〕，λ。把由兩