Elektronidiffraktio

Elektronidiffraktio on valon diffraktiota muistuttava ilmiö, jossa elektronin kulkusuunta muuttuu, kun sen kulkuun on vaikuttanut jokin kappale, esimerkiksi rako tai kide. Elektronit hajaantuvat osuessaan materiaalin hilassa oleviin atomeihin, ja muodostavat sen jälkeen kalvolle osuessaan symmetrisiä interferenssikuvioita.

Elektronidiffraktiota käytetään, kun tutkitaan kiinteän aineen kidejärjestelmää. Diffraktiokokeissa elektronit kiihdytetään tietyllä jännitteellä, että saataisiin niille haluttu aallonpituus ennen kuin ne läpäisevät tutkittavan aineen.

Historia 
Hypoteesin hiukkasten aaltoluonteesta teki ensimmäistä kertaa Louis de Broglie väitöskirjassaan vuonna 1924. Hänen mukaansa kaikella aineella on sekä hiukkas- että aaltoluonne, myös elektronilla. Vuonna 1927 Clinton Davisson ja Lester Germer havaitsivat ensimmäisinä elektronidiffraktion tehdessään sirontakokeita nikkelin pinnasta. Tämä vahvisti de Broglien teorian hiukkasten aaltoluonteesta.

Teoria

Elektronin aallonpituus 
Elektronin aallonpituus riippuu sen liikemäärästä. Aallonpituus lasketaan de Broglien yhtälöllä 

,

missä  on Planckin vakio ja  hiukkasen liikemäärä. Koska elektronin nopeus on relativistinen, lähellä valonnopeutta, on käytettävä kokonaisenergian laskemiseen yhtälöä 

missä  on valonnopeus ja  on m-massaisen hiukkasen lepoenergia. Kun huomioidaan jännitteen  aiheuttama elektronin liike-energia  ja lepoenergia , voidaan kokonaisenergia voidaan ilmaista muodossa

,

joka neliöidään

.

Yhdistämällä kokonaisenergian neliöiden yhtälöt saadaan

josta lasketaan liikemäärä

.

Yhdistämällä liikemäärä de Broglien yhtälöön saadaan elektronin aallonpituudeksi

Elektronin siroaminen 

Elektronin siroamista hilassa kuvataan Braggin lailla

,

missä  on hilavakio, eli hilatasojen välimatka,  elektronin tulokulma ja  on aallonpituuden monikerta.

Katso myös
 Diffraktio
 Interferenssi

Lähteet

Aiheesta muualla 

Diffraktio