[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 …
`식 6`
여기서 n은 반사차수(reflection order)라 하며 가 1을 넘지 않는 범위에서 1, 2, 3 등의 순차의 정수값을 가진다.