電子繞射
電子繞射,是指電子在通過某些障礙物時發生繞射的現象。因為波粒二象性的存在,電子也可被當做是波,從而也能產生繞射現象。電子的波長滿足德布羅意波長公式:
h表示普朗克常數,p表示動量。由於電子的動量較光子大得多,因而其波長也短得多。所以想使電子發生繞射時就需要更微小的障礙物,實驗上一般是採用晶體。另外,正是由於電子比光子更難發生繞射,電子顯微鏡的解像度比光學顯微鏡的更高。[1]
當電子波穿過晶體的時候,被晶體中的原子散射,散射的電子波互相之間干涉所產生的現象就是電子繞射。晶體中每個原子均會對電子進行散射,使得波長和方向發生變化。並且部分電子會與晶體中的原子發生能量交換作用,若電子波長發生變化,則稱為非彈性散射;若沒有波長變化,則稱為彈性散射。
電子繞射的圖像一般是該圖像呈現規則的斑點,繞射圖像是由同心圓組成的。多晶的是一系列規則的同心圓,而非晶的是由分散的同心圓組成的。
電子繞射是最經常用於固體物理和化學研究固體的晶體結構。實驗通常是在透無線電子顯微鏡(TEM)或掃描電子顯微鏡(SEM),為電子背散射繞射進行。電子繞射用來做物相鑑定、測定原子位置等。與X射線相比,電子更容易被物體吸收,所以更加精確,適合於研究微薄膜、小晶體。
電子繞射的歷史
在1924年提出的德布羅意猜想,預計粒子也應該表現為波。1927年,貝爾實驗室的克林頓·戴維森(Clinton Joseph Davisson)和雷斯特·革末( Lester Halbert Germer)在觀察鎳單晶表面對能量為100電子伏的電子束進行散射時,發現了散射束強度隨空間分佈具有不連續性,實質上就是電子的繞射現象。幾乎與此同時,喬治·湯姆生(George Paget Thomson)用能量為2萬電子伏特的電子束穿過多晶薄膜做實驗時,也觀察到繞射現象。電子繞射的發現證實了德布羅意提出的電子具有波動性的理論。
電子繞射裝置
傳統的電子繞射裝置,從陰極發出的電子被加速後經過陽極的光柵孔和透鏡到達試樣上,被試樣繞射後在熒光屏上形成電子繞射圖樣。由於物質(包括空氣)能夠吸收電子,故該實驗需要置於真空中進行。若電子的加速電壓為數萬伏至十萬伏,這種稱為高能電子繞射。若電子加速電壓為數千甚至數十伏,這種裝置稱低能電子繞射裝置。