Досліди Томсона по проходженню електронів крізь тонкі плівки речовини
|
Рис.5.18. Схема досліду Томсона з дифракції електронів при проходженні крізь тонкі плівки речовини : 1 - електронна гармата, 2 - камера розсіяння з дослідним зразком, 3 - флуоресцентний екран для візуалізації електронів, 4 - просторовий розподіл електронів, що пройшли крізь тонку плівку. |
Англійський вчений Нобелівський лауреатДжорж Паджет Томсон у 1927 році, а згодом і російський вчений П.С. Тартаковський здійснили досліди, в яких вивчали пружне розсіювання електронів при їхньому проходженні крізь тонкі плівки речовини. Схема досліду зображена на рис.5.18. Згодом така система дослідження дифракції електронів була покладена в основу розробки промислових приладів для дослідження структури речовини за допомогою дифракції електронів.
Принципово прилад складався із джерела електронів (1), тонкої плівки речовини, що розсіює електрони (2) і детектора електронів - екрана покритого люмінофором. Товщина плівки вибиралась меншою за пробіг електрона в плівці, щоб значна кількість електронів могла пройти крізь плівку і бути зафіксованою на люмінофорі у вигляді світлої плями. Розсіювання збільшує кутовий розкид електронів, що спостерігається на екрані по розширенню світлової плями.
Результати цих дослідів показані на рис.5.19, на якому зображені дифракційні картини для плівок: аморфної (рис.5.19.а), полікристалічної з дуже малими кристаликами (рис.5.19.б), для полікристалічної з більшими розмірами кристаликів (рис.5.19.в) та для монокристала (рис.5.19.г).
|
|
|
Ці досліди дали такі результати.
|
|
|
|
По-перше, аморфна плівка призводить до монотонного кутового (просторового) розкиду пружно розсіяних електронів. На екрані спостерігається мало контрастне “гало”.
а) б)
|
|
| в) г) Рис.5.19. Приклади дифракційних картин : а) - аморфна речовина, б) - полікристал, в) - полікристал з великими кристаликами, г) - монокристал. |
По-друге,кристалізація плівки супроводжується появою чітких рефлексів у вигляді дифракційних кілець. Їх діаметри зменшуються із збільшенням напруги 
, що прискорює електрони, за законом 
і залежать від типу кристала та геометрії експерименту. Кожна речовина має свій характерний для неї набір кілець, діаметри яких знаходяться у певних співвідношеннях.
По-третє, при збільшенні розмірів кристаликів полікристалічної плівки дифракційні кільця розбиваються на окремі дужки (рис.5.19.в).
По-четверте, в монокристалічній плівці замість дифракційних кілець утворюються яскраві точкові рефлекси, які розташовуються у просторі певним чином для кожного типу кристала.
|
|
|
Для того, щоб пояснити результати цих дослідів, знову використаємо гіпотезу та формулу де Бройля. Нехай полікристалічна плівка складається з великої кількості маленьких кристаликів. При розсіюванні електронів на кожному із цих кристаликів відбувається дифракція електронів. Максимум дифракційної інтенсивності виникає за умови, що визначається формулою Вульфа-Брегга 
. При великих 
довжина хвилі де Бройля мала 
, тому 
радіана й 
Кут досить просто знайти, знаючи радіуси кілець 
і відстань від кристала до екрана 
.
Із рис.5.20 видно, що 
Підставляючи значення 
у формулу Вульфа-Брегга, отримаємо залежність радіуса дифракційного кільця від 
, i 
(5.34)
де для кубічного кристала відстані між сітковими площинами 
визначаються за формулою
(5.35)
де 
- індекси Міллера. Використання цих формул дозволило кількісно пояснити експериментальні дані. Знайдені величини 
і 
збігаються з даними досліджень дифракції рентгенівських променів на кристалах. Кільця утворюються із умови виконання формули Вульфа-Брегга, яка визначає кут 
для кожного маленького кристалика, що входить до складу плівки. Оскільки таких кристаликів дуже багато, то їх набір забезпечить довільні значення азимутального кута 
(На рис.5.20 наведено приклад двох кристаликів, азимутальний кут яких відрізняється на 180°). На екрані утворяться кільця, для яких 
Збільшення розмірів кристалів при кристалізації зменшує їхню кількість і не всі азимутальні кути тепер реалізуються, тому кільця розбиваються на окремі дужки.
|
|
|
|
Рис.5.20. Схема ходу променів в дослідах Томсона. |
Окремі рефлекси для монокристалів з’являються тому, що тепер потрібно розглядати не дифракцію на двовимірній поверхневій кристалевій ґратці, а на тривимірній кристалевій ґратці монокристала. В цьому випадку утворюється дифракційна картина подібна до лауеграми, яка спостерігається при дифракції рентгенівських променів на монокристалах.
Дифракцію електронів можна візуально спостерігати за методикою, описаною в лабораторній роботі №1 [1].
Отже, досліди Томсона і Тартаковського ще раз підтвердили хвильову природу електронів і дали кількісне підтвердження справедливості формули для довжини хвилі де Бройля 
.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 493; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!