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[자연과학] [현대물리실험] 전자 회절 실험

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작성일18-03-04 00:45

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데이비슨은 이 새 결정구조가 - 즉 원자의 구조 가 아니라 결정 내 원자들의 배열이 - 바로 새로운 강도 분포의 원인이라고 종합적으로 결론을 내렸다. 비록 실제로는 회절과 간섭에 의한 현상이긴 하나 이 조건은 반사법칙(θ입사〓θ반사)으로 불려진다. 그의 기본 가정은

(2)
이다. 여태까지는 산란각에 따라 강도의 변화가 완만하였는데 새로운 측정(measurement) 데이터는 주어진 산란각에 대해 특정한 에너지에서 신호가 크게 증가하는 것 을 보여주었다. 데이비슨과 저머는 이 새로운 결과에 무척 당혹스러워서 며칠 후 그들은 니켈 표적을
그림 2. Davisson-Germer 실험
그림 3. 입사 전자선과 니켈 결정간의 관계
검사하기 위해 튜브를 잘라서 열었다. 원래 표적을 구성하던 많은 작은 결정들이 열 작용에 의 해 편 개의 큰 결정으로 바뀌어 있었다.
2) 그림 1에 나타난 경로의 길이 차이()는 반드시 파장의 정수배이다.

Bragg`s Law


그림 1. 결정에서의 광의 산란
위의 조건 1을 증명하지 않고 그렇다고 가정하겠다. 그 표적은 특수 제작되어 가격이 높았기 때문에 복구를 시도하였고, 표적에서 산소를 제거하기 위하여 다른 여러 과정과 함께 수소 분위기와 진공에서 다양한 높은 온도로 열을 긴 시간 동안 가하는 방법을 썼다.

실 험 원 리
보강간섭의 조건
회절된 X-선이 보강간섭을 일으키기 위한 조건
1) 입사각은 반사하여 나가는 각과 반드시 일치한다. 흑연에 부딪치는 가속된 전자가 왜 원모양처럼 나타나는지 또한 어떻게 해서 회절이 일어나는지에 대한 것을 이해하는 것이 이 실험의 goal(목표) 이다. 그들은 니켈의 다결정구조가 고열에 의해 변질되었음을 발견하였다. 재처리한 표적을 제자리에 놓고 실험을 계속하다가 데이비슨과 저머는 니켈의 표면으로부터 전자산란 모양에 주목할 만한 차이가 있음을 발견하였다. de Broglie는 광자에 대…(省略) 한 이 식을 모든 입자들에도 확장하여 적용하였다. 예기치 않았던 이 사고가 발생할 때, 그들은 충돌 표적 으로 사용하는 니켈을 높은 온도에서 사용하고 있었는데 진공상태에 이상이 생겨 상당하 게 산화되고 말았다. 정수 n는 반사 차원이라 불리는데 광학에서 회절격자 법칙의 용어로부터 이름지어졌다. de Broglie는 파의 위상과 군속도 개념으로부터 식(2)를 이끌어 냈다.

전자 산란과 전자 회절
1925년 벨전화 연구소에 있던 데이비슨과 저머는 여러 물질로부터의 전자산란을 측정(measurement) 함으로써 금속표면의 특성에 관련되어 연구하고 있었는데 실험장치 부근에 있던 액체공기 가 든 병이 폭발하였던 것이다. 그림 4 은

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실험결과/물리
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다. 즉 입자에 관련되는 파장은 플랑크 상수에 입자의 운동량을 나눈 것으로 주어진다 는 것이다.

de Broglie파

de Broglie는 입자의 파동성을 세우기 위하여 아인슈타인의 특수상대성 theory 과 플랑크의 양자theory 을 사용했다. 식(1)은 Bragg`s Law라 부르고 λ가 알려져 있는 경우 X-선의 파장이나 결정면간의 거리 d를 구하는 데 유용하다. 광자에 서

임을 다시 기억하고 이므로


이고

이다.
식(1)은 라우에의 결과를 알고 난 후 Bragg가 1912년에 발표했던 식이다. 조건 2는 그림1에서 보는 것처럼,
(1)
이면 만족되는데 여기서 D는 원자간 간격(원자사이 거리)이고 d는 격자면 사이의 거리이 다.



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설명
실 험 목 적
전자 회절을 관찰하고 Bragg방정식을 이용하여 입사 전자의 de Broglie 파장 및 흑연의 격자 간격을 구함으로 흑연의 격자 구조를 이해한다.
데이비슨 저머 장치의 간단한 그림을 그림 2에 나타내었다. 입자의 파동은 de Broglie에 의해 물질파라 하였고, 이제 식(2)의 파장을 입자의 de Broglie 파 장이라 부른다.

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