[자연과학] 현대물리학 - 전자회절 실험

1. 실험제목 전자회절 2. 실험목적 전자를 결정에 쏘여서 전자가 회절되는 현상을 조사한다. 파동으로서의 전자가 결정에서 회절되는 원리를 이해하고 전자의 물질파 파장, 결정의 격자상수등을 구한다. 3. 관련이론 `전자의 물질파 파장` 드브로이(de Broglie)의 이론에 의하면 전자 등 입자들도 파동의 성질을 같이 가지고 있다. 이를 물질파라한다. 입자로서의 속성인 운동량(p), 에너지(E)는 파동의 속성인 파장(λ), 진동수(ν)와는 다음과 같은 관계가 있다. `식 1` 전자가 빠르게 움직일수록 물질파 파장은 점점 줄어들게 된다. 결정체에 의해서 전자가 회절 되는 것을 관측하기 위해서는 전자의 물질파 파장이 결정의 격자상수의 크기 정도가 되어야 한다. 전자를 직류전원 V에 의해 가속시켰을 때 얻는 속력 v는 다음과 같다. `식 2` 또한 이 속력의 전자의 물질파 파장은 `식 3` 여기에 m, e, h의 값을 대입하고 파장 를 Å 단위로, 가속전압 V를 Volt 단위로 했을 때 본 실험에서 사용하기 적당한 다음 식이 된다. `식 4` 가속전압을 증가시키면 전자의 속력이 점점 빨라지게 되어 고전역학으로 유도한 위의 식들은 수정이 되어야 한다. 상대론에 의하여 1차 보정항까지 포함하면 `식 5` `결정에서의 회절` 고체는 원자의 배열이 규칙적인 결정체로 되어 있거나 아무런 질서가 없는 비정질로 되어 있는 경우가 있다. 결정체로 되어 있는 경우 그 결정의 격자간격과 비슷한 정도의 파장을 갖는 X-선이나 전자를 비추면 각각의 원자들에 의해 산란되어 특이한 회절 무늬가 생기게 된다. 이에 대한 현상은 브랙(Bragg)에 의하여 설명되어 브랙 회절이라고 하기도 한다. 어떤 결정면에 대하여 회절이 일어나는 각도는, 결정체의 평행한 평면들(브랙 면)의 층간격을 d라 할 때 다음 조건을 만족한다. `식 6` 여기서 n은 반사차수(reflection order)라 하며 가 1을 넘지 않는 범위에서 1,…
여기서 n은 …