Elektronidiffraktio

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tyypillinen elektronidiffraktiokuvio samansuuntaisissa elektronisuihkuissa (TEM)

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.

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

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.

Teoria[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektronin aallonpituus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 siroaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektronin taipuminen hilassa

Elektronin siroamista hilassa kuvataan Braggin lailla

,

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


Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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