ГЛАВА 27. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ

§ 179. Дифракция электронов

На рис. 209 изображены картины рассеяния рентгеновских лучей и электронных пучков одним и тем же веществом. Полное сходство картин показывает, что и в случае электронов имеет место явление дифракции. Из рентгенограммы при помощи уравнения можно, зная длину волны X, найти значения межплоскостных расстояний (см. стр. 351).

Рис. 209.

Измерив на электронограмме углы всех колец и использовав значения найденные из рентгенограммы, можно вычислить Вычисления для всех колец приведут к одному и тому же значению. Этим доказывается дифракционное происхождение картины, доказывается возможность сопоставить пучку электронов определенную длину волны.

Для получения подобной картины следует на пути электронного пучка поставить тонкую пленку вещества. Электроны сильно поглощаются веществом и проходят только через пленки толщиной порядка см. Электронограммы получают в электронографах — установках, похожих на электронный микроскоп. Для получения дифракционных электронограмм можно даже использовать электронный микроскоп. Для этого достаточно устранить линзу.

Явление дифракции электронов применяется для тех же целей, что и дифракция рентгеновских лучей. Электронография обладает рядом достоинств перед рентгенографией. Первым преимуществом являются короткие экспозиции. Вещество гораздо эффективнее рассеивает электроны, нежели рентгеновские лучи. Электронограмма может быть получена за время, измеряемое секундами и долями секунд, в то время как для получения рентгенограмм нужны минуты и часы.

Так как электронные пучки не проникают в вещество сколько-нибудь значительно, то электронография является удобным способом исследования структуры поверхностей. Электронография позволяет изучать и расположение атомов в кристаллах, правда лишь в тех случаях, если структура несложная.

Нас интересует не столько применение электронографии, сколько сам факт дифракции электронов. Возвращаясь к нему, поставим самый важный вопрос: какова длина волны электронного пучка? На этот вопрос отвечает опыт. Меняя ускоряющее напряжение мы изменяем длину волны, при этом X оказывается обратно пропорциональным , а именно

если X выражать в в вольтах.

Еще в 1924 г., до открытия дифракции электронов, Луи де Бройль выдвинул смелую гипотезу: он предположил, что двойственное поведение электромагнитного поля, проявляющего себя не только в виде волны с частотой и длиной X, но и в виде частиц, фотонов с энергией и импульсом следует распространить и на частицы вещества. Опыты по дифракции электронов подтвердили это предположение. Формулу длины волны электронов

с помощью соотношения откуда мы сразу же приводим к виду

Подстановка значений в системе СГС с одновременным переводом значения V в вольты дает для константы приведенное выше значение. Этим бесспорно доказывается справедливость гипотезы де Бройля.

Длины электронных волн для разных значений ускоряющих потенциалов, рассчитанные по приведенной формуле:

Поскольку дифракция на кристалле возможна тогда, когда длина волны по порядку равна периоду кристаллической решетки видно, что дифрагировать на кристалле могут электроны, обладающие энергиями порядка сотен электрон-вольт.