Elektrondiffraksjon

Elektrondiffraksjon er en bølgelignende oppførsel hos elektroner når de passerer gjennom eller nær ordnede strukturer som krystallflater eller tynne filmer. Fenomenet er et uttrykk for bølgenaturen til elektroner, en konsekvens av de Broglie-hypotesen, og brukes i materialvitenskap og elektronmikroskopi for å undersøke struktur og latticeavstander.

Grunnleggende prinsipp er at elektroner akselereres gjennom en spenning V og får en bølgelengde λ = h/p, der p er bevegelsesmengden. For ikke-relativistiske hastigheter er p ≈ sqrt(2 m e V). Når elektroner passerer gjennom et krystall, blir bølgen离 spredt og danner diffraksjonsmønstre som kan analyseres ved Bragg-loven 2 d sin θ = n λ, hvor d er avstanden mellom krystallplan og θ er spredningsvinkelen. Ved TEM og SAED brukes denne typen diffraksjon til å bestemme krystallstruktur og lattice-spacing.

Historisk har Davisson og Germer vist elektrondiffraksjon i 1927, noe som bekreftet bølgenaturen til elektroner. Parallelt viste George Paget Thomson diffraksjon av elektroner gjennom tynne filmer. Disse eksperimentene var viktige verifikasjoner av kvantemekanikkens grunnprinsipper.

Anvendelser av elektrondiffraksjon inkluderer analyse av krystallstrukturer i transmisjons-elektronmikroskopi (TEM) og selektert område-diffraksjon (SAED), hvor mønsteret gir informasjon om latticeparametere og orientering. Diffraksjon brukes også i overflatefysikk (RHEED) og i studier av materialers periodiske orden og faser. Relativistiske effekter og korrigeringer blir viktige ved høyere akselerasjonsspenn, der λ blir kortere og nøyaktigheten av Bragg-loven justeres.