电子衍射要点分析.pptVIP

电 子 衍 射 物理工程学院 郑萌萌 2014.09 1924年法国物理学家德布罗意在总结了对光的波粒二象性的研究基础上，设想一切实物粒子都具有波粒二象性。 1927年戴维逊与革末用镍晶体反射电子衍射实验测得了电子波长，从而验证了德布罗意假说； 与此同时1928年汤姆逊用电子穿过很薄的金箔得到类似X射线的同心衍射环，进一步证实德布罗意波的存在。 19世纪中，光的干涉和衍射实验证实了光的波动性；而到了20世纪初，人们对光电效应等现象的研究又证实了光具有粒子性，因此对光具有波粒二象性有了一个全面的认识。 实 验 目 的 （1）是通过观察电子穿过多晶体薄膜的衍射图像， 验证德布罗意公式，证明电子具有波动性。 （2）掌握电子衍射仪的结构和使用方法。 （3）学会使用该方法求普朗克常数 实 验 原 理 （一）德布罗意假设 由德布罗意假设，可得电子波的波长: 式中是h普朗克常数，p为电子的动量，v为电子运动速度。 对于一个质量为m的电子，被电压差为U的强电场所加速，电子从电场中获得的能量是eU，这些能量全部转变为电子的动能，若近似认为电子初速度为零，则有： 则有： （二）晶体的衍射花样 晶面（晶面族）：通过原子中心的平面称为晶面，一组组平行平面称为晶面族。 晶面指数（密勒指数）： 某晶面在三个晶轴上的截距分别是h′a、k′b、l′c。(a,b,c为单位长度）其中h′k′l′是晶面在晶轴上的截数。 a c b ? ? ? p(x,y,z) 晶面指标为（236） M3 O a c M2 h′a k′b l′c b 晶胞：晶体结构中的基本重复单位叫做晶胞。将三维晶体恰当地(对称性、体积最小性)划分成一个个完全等同的平行六面体，叫晶胞。 晶胞参数（晶格常数）： a、b、c、? 、? 、 ? 图 1 图 2 电子束（X射线）具有一定的波长，根据布喇格定律，当相邻两晶面上反射电子束（X射线）（如图中的I、II线）的程差Δ符合下述条件时，可产生相长干涉。 此式称为布拉格公式。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，形成衍射线。而在其他方向，衍射电子波（X射线）很微弱，根本就观察不到。 晶体学理论的计算表明，在立方晶系中，对于简单立方体（单晶胞晶体），任何晶面族都可以产生衍射；对于体心立方晶体，仅当米勒指数之和（hkl）为偶数的晶面族才有衍射图样出现；对于面心立方晶体，只有都是偶数或都是奇数的晶面族才有衍射图样的出现。 对于立方晶体，相邻晶面的间距d与晶格常数及其密勒指数有如下简单关系： 于是，有 所以有 亦即各衍射圆环的半径的平方之比等于各衍射圆环对应的晶面的米勒指数平方和之比。 知道了各个电子衍射圆环的半径，就可以根据下表得到各个圆环所对应的Mn。可见指数定标过程就是用实验测得的衍射环半径的数据之平方，找出一列最简单的整数关系。 仪器与装置 本实验中所用到的是DF—1型电子衍射仪，主要由电子衍射管、电源系统两部分组成。 1．电子衍射管 电子衍射管是其心脏部分，外形类似阴极射线管，如图 电子枪 玻壳 靶 荧光屏 图 5 2．电源部分 低压部分分别给整机供电，高压部分用于调节被加速电子能量，范围为8-15kV连续可调，电压大小由面板上高压表指示。 3．控制面板旋钮 （1）电源 开机前必须检查高压旋钮是否旋至最低。开机后预热 半分钟即可正常工作。 （2）聚焦 调节衍射管第二阳极电压，是衍射图样清晰。 （3）辅助聚焦 调节衍射管第三阳极电压，使衍射图样更清晰。 （4）x位移 x轴向移动电子束，使用时可根据需要改变衍射图样 的位置，以延长电子衍射管的寿命。 （5）y位移 y轴向移动电子束，功能同x位移。 （6）亮度 调节荧光屏上的衍射图样亮度。 （7）高压 顺时针方向升高电压，逆时针方向降低电压。 实验内容与方法 普朗克常数公认值 数 据 表 格 Ag的晶格常数a = 4.0862A