デイヴィソン＝ガーマーの実験
デイヴィソンは1921年に電子衝撃と二次電子放出の研究を始めた。一連の実験は1925年に行われた。
デイヴィソンとガーマーの本当の目的は、ニッケル表面に電子ビームを向け様々な角度で跳ね返る電子の数を観察することにより、ニッケル片の表面を研究することであった。彼らは電子の大きさが小さいゆえに、最もなめらかである結晶表面でさえも非常に粗く、電子ビームが拡散反射すると予想していた。
実験は、ニッケル結晶に対してその表面に垂直に電子ビームを発射すること(電子銃、静電粒子加速器(英語版)より)、検出器とニッケル表面の間の角度を変化させたときの反射電子の数の変化を測定することからなる。電子銃は加熱したフィラメントであり、熱的に励起された電子を放出する。この電子は電位差により加速され一定の運動エネルギーを持ちニッケル表面に向かう。表面に向かう途中で電子が他の原子と衝突するのを回避するために、実験は真空チャンバ内で行われた。異なる角度で散乱する電子の数を測定するために、結晶の周りを弧状に移動することのできるファラデーカップ電子検出器を使用した。検出器は弾性散乱された電子のみを受け取るよう設計された。
実験中に偶然に空気がチャンバ内に入り、ニッケル表面に酸化膜を形成した。酸化物を取り除くため、デイヴィソンとガーマーは高温オーブンで試料を加熱した。このことがニッケルの多結晶構造に対して電子ビームの幅にわたり連続した結晶面を有する大きな単結晶の領域を形成するとは知らなかった。
実験を再開し電子が表面に当たったとき、それらは結晶面内でニッケル原子により散乱された(よって原子は規則的に間隔をとっていた)。これにより1925年に予想外のピークを持つ回折パターンが生成された。