电子衍射物理实验报告.ppt

2019/7/3,电子衍射,1,电子衍射,姓名：徐佳 学号：2010133803,2019/7/3,电子衍射,2,电子衍射实验进展概要,光的波粒二象性得到确立,1927年戴维孙和革末用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射,2个月后，汤姆逊和雷德用高速电子获得电子花纹,实验得电子波长与计算所得相吻合，电子波动性得到证明,2019/7/3,电子衍射,3,实验目的： （1）：掌握电子衍射仪的机构和使用方法： （2）：验证得布罗意公式，证明电子具有波动性； （3）：计算电子波波长和普朗克常量。,2019/7/3,电子衍射,4,实验仪器 型电子衍射仪,2019/7/3,电子衍射,5,实验原理 、得布罗意假设,2019/7/3,电子衍射,6,实验中获得具有一定能量的电子：,2019/7/3,电子衍射,7,上式中e为电子的质量，U为加速电压，m为电子质量。整理得：,因为这里的电子速度很大，得考虑相对论效应。估电子质量为,2019/7/3,电子衍射,8,式中是电子的静止质量，是光速，整理上式得,2019/7/3,电子衍射,9,最终解得电子的波长为：,2019/7/3,电子衍射,10,.电子波的晶体衍射,根据晶体学的知识，晶体可以看着三维光栅。这种光栅常数很小，当高速电子束穿过晶体薄膜是发生的衍射现象与射线穿过多晶体时所发生的衍射现象相类似。均满足布拉格方程：,2019/7/3,电子衍射,11,晶体衍射图,2019/7/3,电子衍射,12,本实验室观察多晶体样品（靶）金的电子衍射。多晶样品是取向杂乱的小晶粒的集合体。电子衍射图像可以看成是这些小晶粒的电子衍射图像的重叠。由于这些小晶粒的取向是完全杂乱的，因此靶的衍射图像是与入射电子来向对称的许多同心圆环，也就是在荧光屏上所看到的光环，如下图：,2019/7/3,电子衍射,13,上图为电子衍射示意图。靶到屏幕的距离为D，某衍射环的半径为r，对应的掠角为C塔，则入射波与反射波之间的夹角为2C塔。对于一个面心立方结构的晶体，如金、铝等金属，若晶体的点阵常数（晶格常数）为a，晶面指数为（hkl）的晶面族的晶面间距为d，根据晶体学的知识，有：,2019/7/3,电子衍射,14,2019/7/3,电子衍射,15,代入化简得：,2019/7/3,电子衍射,16,3.标定衍射环的指数 本实验的任务是用已知结构的晶体样品产生电子衍射，测出各衍射环的直径D，从而计算电子的波长。我们必须确认某衍射环是由哪一组晶面指数的晶面族的布拉格反射所形成的，即所谓标定系数，才能正确计算波长。,对于复晶胞，有些晶面族的反射消失了，能观察到的反射及消失反射所对应的晶面指数存在一定的消光规律，见下表：,2019/7/3,电子衍射,17,2019/7/3,电子衍射,18,分析可知,在一定的电压下，荧光屏上所观察到的衍射环，各衍射环从里到外（直径2R逐渐增大）依次对应的晶面指数（hkl）应为(111),(200),(220),(311),(222),.,2019/7/3,电子衍射,19,仪器介绍,本实验采用型电子衍射仪，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，如下图,2019/7/3,电子衍射,20,（）电子枪：由阴极、灯丝、调制板、加速极、聚焦极、辅助聚焦极和、电偏转构成。 （）晶体薄膜（样品、靶）：本实验采用多晶金薄膜厚度约为纳米，晶格常数为.纳米。 （）荧光屏：电子衍射管的外壳为玻璃制成，它事先被抽成真空后封闭，靶周围的玻璃壳部分涂有石墨层，并和荧光屏、靶连接在同一点上，此点与KV可调高压直流电源输出端连接。D=（23.5+/-0.1）cm.,2019/7/3,电子衍射,21,2.电源部分 加在晶体薄膜与阴极之间的电压连续可调。灯丝电源为6.3V。而阴极和各组阳极以及X、Y偏转极均另有几组电源供给。本仪器要求高压可调电源有较小的波纹，以保证被反射电子波的稳定性。否则，将影响衍射环的清晰度。,2019/7/3,电子衍射,22,3.电子衍射仪面板控制机件的作用简介： （1）电源：开机前检查是否旋至最低，开启后红灯亮，预热30秒正常工作； （2）聚焦：调节衍射管第二阳极电压，使衍射图样清晰； （3）辅助聚焦：调节衍射管第三阳极电压，使衍射更加图样清晰； （4）X位移：X轴移动电子束，使用时可根据需要改变衍射图样，以延长电子管的寿命；,2019/7/3,电子衍射,23,（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。,2019/7/3,电子衍射,24,实验内容,（1）定性观察电子衍射图样 调节装置，在荧光屏上可以看到清晰的电子衍射图像。当增加加速电压时，衍射环的半径变小； （2）对不同的加速电压用毫米刻度尺，从荧光屏上直接测量衍射环的直径2r; （3）将测量值分别代入算式，计算波长。,2019/7/3,电子衍射,25,（4）验证得布罗意假设：以某一加速电压对应的衍射环为例，计算误差,以及波长的误差,2019/7/3,电子衍射,26,比较不同方式计算得到的波长；检验得布罗意假说的正确性； （5）计算普朗克常量,2019/7/3,电子衍射,27,实验注意事项,仪器周围不应有强磁场存在 改变高压和偏转图像后，需重新调节亮度、聚焦、辅助聚焦 实验中，每测一次数据后，移动光点的位置 不要用手触摸脚连接线，注意安全 操作时，缓慢调节高压，若出现严重放电现