电子衍射及真空的获得与测量

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1、中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：实验1-6电子衍射及真空的获得与测量【实验目的】1、掌握获得与测量高真空的操作过程；2、学习一种制作多晶体薄膜的简便方法；3、明确观察电子衍射现象的实验条件，观察电子衍射现象，加深对微观粒子具有波粒二象性的理解。4、通过测量与计算验证德布罗意关系。【实验原理】微观粒子也具有波粒二象性：每一运动粒子都有一波与之相联系，微观粒子的能量、动量与平面波的频率、波长之间有如光子和光波之间的关系，即此二式称为德布罗意关系。设电子的静止质量为，在电场中以均速作定向运动，其动量和能量分别为：根据德布

2、罗意关系，电子波波长（1-6-1）将各已知物理常数值代入，得Å（1-6-2）此即电子波波长与电场V的关系，通常称电场V为加速电压。与X射线射到晶体光栅上发生干涉现象一样,当反射电子束与晶面之夹角（掠射角）满足（1-6-5）时，散射波在空间加强。式（1-6-5）中为晶体反射面间距，为电子波波长，见图1-6-1。对立方晶系（1-6-6）其中为晶体点阵常数，为晶面指数。比较（1-6-5）、（1-6-6）两式，得9（1-6-7）多晶体的电子衍射图样：多晶体薄膜是由许多取向各不相同的微小晶粒组成。当电子束射入薄膜，在与入射线成角的

3、圆锥面的任意位置上总可找到一组满足布拉格条件的晶面，于是在与薄膜相距处的垂直平面上可形成半径为的相长干涉的圆环。由图1-6-2可知脚标表示与均相应于某一指数（）的晶面。当角很小，近似地有，于是（1-6-8）或（1-6-9）式（1-6-9）表明，当波长为的电子波被面间距为的晶面反射时。将在与晶面相距处产生一个半径为的衍射圆。【实验内容】l、熟悉真空机组的结构，切实弄清楚各部分的操作要领和牢记应注意的事项。将电子衍射仪真空抽至。2、在样品架上做好支持膜并在真空镀膜机中制作银膜样品。3、观察电子衍射现象并测量或采集数据。4、用

4、1/100mm简易比长仪测出各衍射环的直径，标定各衍射环的晶面指数。一张质量好的多晶银的衍射底片，可显示10条衍射圆环，如果样品镀膜质量不佳或仪器调整不好，则对应的（311）、（222）和（331）、（420）两线将不能分辨而成一条宽带。已知银晶体是面心立方结构，其晶格常数Å。电子衍射仪的镜筒长度，利用公式（1-6-8）便可计算电子波的波长，并求得平均值。将从屏幕上测算得的值与从德布罗意关系式推算得的、由式（1-6-2）或（1-6-4）给出的进行比较。式（1-6-2）或（1-6-4）的应用，需知加速电压的准确值、要注意仪

5、表上的电压指示值是否经过校正。否则要乘一个校正系数。【数据记录及处理】1．测量加速电压为30kV时电子波波长表1.测量加速电压为30kV时数据1234平均R/mm10.0013.7517.5022.25λ/10-12m6.095747.258726.532527.083066.74251由公式9同理得到各个环对应的波长值，其平均值为此时理论值为相对误差为图1.加速电压为30kV时电子衍射图比较测量数据和图1可以看出，电子衍射的条纹分布不均匀，与理论值相差较大，第2、3两条条纹相离很近，第1条条纹偏小，但平均值相差不大。这

6、可能是由于真空度不够，空气影响电子运行，使其偏离一定的方向，还有可能是膜没有镀好，分布不均匀，使电子部按理论上的方向运行。1．测量加速电压为32kV时电子波波长表2.测量加速电压为32kV时数据1234平均R/mm9.7513.5016.7522.00λ/10-12m5.943537.126746.252557.000356.58079由公式同理得到各个衍射环对应的波长其平均值为9理论值为相对误差为图2.加速电压为32kV时电子衍射图从表中数据和图2可以看出，在加速电压为32kV时，衍射的条纹也分布不均匀，第1条条纹偏小

7、，第2、3条条纹间距很小，误差较大，但平均值与理论值相差很小。1．测量加速电压为34kV时电子波波长表3.测量加速电压为34kV时数据1234平均R/mm9.5013.2516.2521.00λ/10-12m5.791136.994776.065916.658146.37749同理得到各个衍射环对应的波长其平均值为理论值为相对误差为9图3.加速电压为34kV时电子衍射图图中第2、3条条纹间距很近，第1条条纹偏小，从表3中数据可以看出，第1、2两条条纹的误差最大，一个偏大，一个偏小，平均值与理论值差不多。4．测量加速电压为

8、36kV时电子波波长表4.测量加速电压为36kV时数据1234平均R/mm9.5012.5015.7520.50λ/10-12m5.791136.598845.879266.525976.19880同理得到各个衍射环对应的波长其平均值为理论值为相对误差为9图4.加速电压为36kV时电子衍射图从表4和图4可知，第1条和