Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц

Физика > Дифракционное повторение

 

Узнайте, в чем состоит гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц: применение рентгеновской, электронной и нейтронной дифракции для изучения материалов.

Де Бройль считал, что частички обязаны обладать волнообразными характеристиками, вроде дифракции или интерференции.

Задача обучения

• Сопоставить использование рентгеновской, электронной и нейтронной дифракции для изучения материалов.

Основные пункты

• Длина волны электрона высчитывается по формуле де Бройля: λ = h/p.
• Из-за разных форм контакта, рентгеновские лучи, электроны и нейтроны используются для исследований свойств материала.
• Идея де Бройля стала завершением для двойственности волновых частиц.

Термины

• Фотоэлектрический эффект – электроны выпускаются из-за поглощения энергии от ЭМ-лучей.
• Излучение черного тела – разновидность ЭМ-лучей внутри или вокруг объекта, пребывающего в термодинамическом балансе с окружающей средой.
• Решетка – любой регулярно установленный набор практически идентичных, параллельных и удлиненных элементов.

В 1924 году появилась гипотеза де Бройля, которая предсказала, что частички обязаны вести себя также, как и волны. Длина волны электрона вычислялась по формуле: λ = h/p (h – постоянная Планка, p – релятивистский импульс электрона).

Работы Планка и Эйнштейна показывали, что электромагнитные волны способны по поведению напоминать частички. Гипотеза де Бройля стала дополнением: частички обязаны показывать волнообразные характеристики, вроде дифракции или интерференции. Его формула подтвердилась только через 3 года для электронов. Это сделал Джордж Томсон, который провел пучок электронов сквозь тонкую металлическую пленку и наблюдал за предсказанными интерференционными узорами. То же самое видели и Дэвисон с Лестером, когда пропустили луч сквозь кристаллическую сетку.

Дифракция рентгеновского излучения часто применяется для изучения материалов. Электрон легко производится и манипулируется, поэтому является общим выбросом. Также появляется и нейтрон. Из-за разновидностей взаимодействия для разных видов исследований используют три типа излучения: рентгеновское, электронное и нейтронное.

Электронную дифракцию активно применяют в физике твердого тела и химии для рассмотрения кристаллической структуры твердых тел. Обычно в экспериментах участвуют просвечивающие или сканирующие электронные микроскопы. В них электрический потенциал заставляет электроны ускоряться, чтобы вывести необходимую энергию и длину волны.

Периодическая структура кристаллического твердого объекта функционирует в качестве дифракционной решетки, предсказуемо рассеивая электроны. Они заряжаются частичками и контактируют с веществом через кулоновские силы. То есть, попадающие электроны чувствуют воздействие атомных ядер с положительным зарядом и окружающие электроны.

Стандартная картина дифракции электронов, добытая в просвечивающем электроном микроскопе с параллельным электронным пучком

Для исследования кристаллических структур также применяют нейтроны. Они рассеиваются ядрами атомов, поэтому нейтронография в некоторых моментах отличается от распространенных методов. К примеру, рассеивание рентгеновских лучей основывается на количестве атомов, а рассеивание нейтронов обеспечивается характеристикой ядер. Также магнитный момент нейтрона отличен от 0, поэтому может рассеиваться магнитными полями.

---