slayt 1

slayt 2

slayt 3

slayt 4

slayt 5

slayt 6

Slayt 7

Slayt 8

Slayt 9

slayt 10

slayt 11

slayt 12

slayt 13

slayt 14

slayt 15

u parçasının kırınımı, mikropartiküllerin (elektronlar, nötronlar, atomlar, vb.) kristaller veya sıvı ve gaz molekülleri tarafından saçılması, burada bu partiküllerin ek olarak saptırılmış ışınları, belirli bir tipteki partiküllerin ilk demetinden ortaya çıkar; bu tür saptırılan ışınların yönü ve yoğunluğu, saçılan nesnenin yapısına bağlıdır.

Kuantum teorisi ancak kuantum teorisi temelinde anlaşılabilir. Kırınım bir dalga olgusudur, çeşitli doğadaki dalgaların yayılması sırasında gözlenir: ışığın kırılması, ses dalgaları, bir sıvının yüzeyindeki dalgalar vb. Klasik fizik açısından parçacıkların saçılması sırasında kırınım imkansızdır.

dalga yayılımı yönünde veya parçacığın hareketi boyunca yönlendirilir.

Bu nedenle, serbestçe hareket eden bir mikroparçacıkla ilişkili tek renkli bir dalganın dalga vektörü, momentumu ile orantılı veya dalga boyu ile ters orantılıdır.

Göreceli olarak yavaş hareket eden bir parçacığın kinetik enerjisi E = mv 2/2, dalga boyu enerji cinsinden de ifade edilebilir:

Bir parçacık bir nesneyle - bir kristal, molekül vb. ile etkileşime girdiğinde. - enerjisi değişir: bu etkileşimin potansiyel enerjisi ona eklenir, bu da parçacığın hareketinde bir değişikliğe yol açar. Buna göre, parçacıkla ilişkili dalganın yayılmasının doğası değişir ve bu, tüm dalga fenomenlerinde ortak olan ilkelere göre gerçekleşir. Bu nedenle, D. h.'nin temel geometrik düzenlilikleri, herhangi bir dalganın kırınımının düzenliliklerinden hiçbir şekilde farklı değildir (bkz. Kırınım dalgalar). Herhangi bir türdeki dalgaların kırınımı için genel koşul, gelen dalga boyunun l mesafe ile orantılı olmasıdır. d saçılma merkezleri arasında: l £ d.

Parçacık kırınımı ve bunların kuantum mekaniksel yorumu üzerine deneyler. Kuantum mekaniğinin temel fikrini - parçacık-dalga ikiliği - parlak bir şekilde doğrulayan kuantum mekaniğindeki ilk deney, Amerikalı fizikçiler K. Davisson ve ben. Germera (1927) nikel tek kristalleri üzerinde elektron kırınımı ile ( pilav. 2 ). Elektronlar voltajlı bir elektrik alanı tarafından hızlandırılırsa V, o zaman kinetik enerji elde edecekler E = eV, (e- elektron yükü), sayısal değerlerin eşitliği (4) ile değiştirildikten sonra

Burada V olarak ifade edildi içinde ve l - A'da (1 A \u003d 10 -8 santimetre). gerilimlerde V yaklaşık 100 içinde, bu deneylerde kullanılan 1 A mertebesinde l ile "yavaş" elektronlar elde edilir.Bu değer atomlar arası mesafelere yakındır. d birkaç A veya daha az olan kristallerde ve l £ oranı d kırınım olayı için gerekli olan sağlanır.

Kristaller yüksek derecede düzene sahiptir. İçlerindeki atomlar, üç boyutlu periyodik bir kristal kafes içinde bulunur, yani karşılık gelen dalga boyları için uzaysal bir kırınım ızgarası oluştururlar. Dalgaların böyle bir ızgara ile kırılması, saçılma merkezlerinin katı bir sırayla yerleştirildiği paralel kristalografik düzlem sistemleri tarafından saçılmanın bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bir kristalden yansıma üzerine kırınım maksimumunu gözlemleme koşulu: Bragg - Wolfe durumu :

2d günah J = n ben , (6)

burada J, elektron ışınının belirli bir kristalografik düzleme düştüğü açıdır (bakış açısı) ve d karşılık gelen kristalografik düzlemler arasındaki mesafedir.

Davisson ve Germer'in deneyinde, elektronların bir nikel kristalinin yüzeyinden "yansıması" sırasında, belirli yansıma açılarında, maksimumlar ortaya çıktı ( pilav. 3 ). Yansıyan elektron ışınlarının bu maksimumları formül (6)'ya tekabül ediyordu ve görünüşleri, dalgalar ve kırınımları hakkındaki fikirlere dayanarak başka bir şekilde açıklanamazdı; böylece parçacıkların - elektronların - dalga özellikleri deneyle kanıtlanmıştır.

Daha yüksek hızlanan elektrik voltajlarında (onlarca metrekare) elektronlar, maddenin ince filmlerine nüfuz etmek için yeterli kinetik enerji elde ederler (10-5 mertebesinde kalınlık santimetre, yani binlerce A). Daha sonra, ilk olarak İngiliz bilim adamı J. J. Thomson ve Sovyet fizikçi P. S. Tartakovskii.

Kısa bir süre sonra, atomik ve moleküler kırınım fenomeni de gözlendi. Kütlesi olan atomlar M Mutlak sıcaklıkta bir kapta gaz halinde olan T, formül (4)'e göre dalga boyuna karşılık gelir

Nicel olarak, bir atomun saçılma gücü, atomik saçılma genliği adı verilen bir değerle karakterize edilir. f(J ), burada J saçılma açısıdır ve belirli bir tipteki parçacıkların saçılan maddenin atomları ile etkileşiminin potansiyel enerjisi tarafından belirlenir. Parçacık saçılma yoğunluğu ile orantılıdır f2(J).

Atomik genlik biliniyorsa, o zaman, saçılma merkezlerinin göreceli konumunu bilerek - numunedeki maddenin atomlarını bilerek (yani, saçılma numunesinin yapısını bilerek), genel kırınım modelini (ki bu, saçılma merkezlerinden yayılan ikincil dalgaların girişiminin bir sonucu olarak oluşur).

Deneysel ölçümlerle doğrulanan teorik hesaplama, elektron saçılımının atomik genliğinin f e J = 0'da maksimumdur ve artan J ile azalır. Değer f e ayrıca nükleer yüke de bağlıdır (atom numarası) Z ve atomun elektron kabuklarının yapısında, ortalama olarak artan ile artan Z gibi bir şey Z 1/3 küçük J için ve nasıl Z2/3 büyük değerlerde J , ancak elektron kabuklarının doldurulmasının periyodik doğası ile ilişkili salınımları ortaya çıkarır.

Atomik nötron saçılma genliği f Termal nötronlar için H (enerjileri yüzlerce olan nötronlar) ev) saçılma açısına bağlı değildir, yani bu tür nötronların çekirdek tarafından saçılması tüm yönlerde aynıdır (küresel olarak simetrik). Bu, 10-13 mertebesinde bir yarıçapa sahip bir atom çekirdeğinin olması gerçeğiyle açıklanmaktadır. santimetre dalga boyu 10 -8 olan termal nötronlar için "nokta"dır santimetre. Ek olarak, nötron saçılması için nükleer yüke açık bir bağımlılık yoktur. Z. Termal nötronların enerjisine yakın bir enerjiye sahip sözde rezonans seviyelerinin bazı çekirdeklerinde bulunması nedeniyle, f Bu tür çekirdekler için H negatiftir.

Bir atom elektronları x-ışınlarından ve nötronlardan çok daha güçlü bir şekilde saçar: elektron saçılma genliğinin mutlak değerleri f e alt> 10 -8 mertebesindeki değerlerdir santimetre, röntgen - fps ~ 10 -11 santimetre, nötronlar - f H ~ 10 -12 santimetre. Saçılma yoğunluğu, saçılma genliğinin karesi ile orantılı olduğundan, elektronlar maddeyle (dağılım) x-ışınlarından (nötronlar şöyle dursun) yaklaşık bir milyon kat daha güçlü etkileşirler. Bu nedenle, elektron kırınımını gözlemlemek için numuneler genellikle 10 -6 -10 -5 kalınlığında ince filmlerdir. santimetre X-ışınlarının ve nötronların kırınımını gözlemlemek için birkaç kalınlıkta numuneye sahip olmak gerekir. mm.

Herhangi bir atom sistemi (molekül, kristal vb.) tarafından kırınım, merkezlerinin koordinatları bilinerek hesaplanabilir. ri ve atomik genlikler fi Belirli bir parçacık türü için

En açık şekilde D. h.'nin etkileri kristaller üzerindeki kırınım sırasında ortaya çıkar. Bununla birlikte, bir kristaldeki atomların termal hareketi, kırınım koşullarını bir şekilde değiştirir ve kırınımlı ışınların yoğunluğu, formül (6)'da artan J açısı ile azalır. Sırası kristalden çok daha düşük olan D. h. sıvılarında, amorf cisimlerde veya gaz moleküllerinde, genellikle birkaç bulanık kırınım maksimumu gözlenir.

Bir zamanlar maddenin ikili doğasının -parçacık-dalga ikiliğinin kurulmasında çok önemli bir rol oynayan (ve dolayısıyla kuantum mekaniğinin deneysel bir doğrulaması olarak hizmet eden) kuantum mekaniği, uzun zamandan beri, maddenin yapısı. Maddenin atomik yapısını analiz etmenin iki önemli modern yöntemi, D. elektron kırınımı ve nötronografi .

Aydınlatılmış.: Blokhintsev D.I., Kuantum Mekaniğinin Temelleri, 4. baskı, M., 1963, ch. 1, §7, 8; Pinsker Z.G., Elektronların kırınımı, M. - L., 1949; Weinshtein B.K., Yapısal elektron kırınımı, M., 1956; Bacon, J., Neutron Difraction, çev. İngilizceden, M., 1957; Ramsay N., Moleküler kirişler, çev. İngilizceden, M., 1960.

TANIM

elektron kırınımı Bu temel parçacıkların madde parçacıkları sistemlerine saçılması süreci olarak adlandırılır. Bu durumda elektron dalga özelliği gösterir.

20. yüzyılın ilk yarısında, L. de Broglie, çeşitli madde biçimlerinin dalga-parçacık ikiliği hakkında bir hipotez sundu. Bilim adamı, fotonlar ve diğer parçacıklarla birlikte elektronların hem parçacık hem de dalga özelliklerine sahip olduğuna inanıyordu. Bir parçacığın parçacık özellikleri şunları içerir: enerjisi (E), momentum (), dalga parametreleri şunları içerir: frekans () ve dalga boyu (). Bu durumda, küçük parçacıkların dalga ve parçacık parametreleri aşağıdaki formüllerle ilişkilendirilir:

h, Planck sabitidir.

De Broglie'nin fikrine göre kütlenin her parçacığı, uzunluğa sahip bir dalga ile ilişkilidir:

Göreceli durum için:

Kristaller üzerinde elektron kırınımı

De Broglie'nin hipotezini doğrulayan ilk deneysel kanıt, Amerikalı bilim adamları K. Devisson ve L. Germer tarafından yapılan bir deneydi. Bir nikel kristali üzerine bir elektron ışını saçılırsa, bu kristal üzerindeki X-ışını saçılım modeline benzer net bir kırınım modelinin elde edildiğini bulmuşlardır. Kristalin atomik düzlemleri bir kırınım ızgarası rolünü oynadı. Bu mümkün oldu, çünkü 100 V'luk bir potansiyel farkla, bir elektron için De Broglie dalga boyu yaklaşık m'dir, bu mesafe kullanılan kristalin atomik düzlemleri arasındaki mesafeyle karşılaştırılabilir.

Elektronların kristaller tarafından kırınımı, X ışınlarının kırınımına benzer. Yansıyan dalganın kırınım maksimumu, koşulu sağlıyorsa Bragg açısının () değerlerinde görünür:

burada d kristal kafes sabitidir (yansıma düzlemleri arasındaki mesafe); - yansıma sırası. (4) ifadesi, kırınım maksimumunun, komşu atom düzlemlerinden yansıyan dalgaların yol farkının bir tamsayı de Broglie dalga boyuna eşit olduğu zaman meydana geldiği anlamına gelir.

G. Thomson, ince altın folyo üzerinde elektron kırınım modelini gözlemledi. Folyonun arkasındaki fotoğraf plakasında eşmerkezli açık ve koyu halkalar elde edildi. Halkaların yarıçapı, De Broglie'ye göre dalga boyuna bağlı olan elektronların hızına bağlıydı. Bu deneyde kırılan parçacıkların doğasını belirlemek için folyo ile fotoğraf plakası arasındaki boşlukta bir manyetik alan yaratıldı. Kırınım deseni elektronlar tarafından yaratılıyorsa, manyetik alan kırınım desenini bozmalıdır. Ve böylece oldu.

Bir monoenerjetik elektron demetinin dar bir yarıkta, kirişin normal insidansında kırınımı, ifade ile karakterize edilebilir (ana yoğunluk minimumunun ortaya çıkması için koşul):

ızgaranın normali ile kırılan ışınların yayılma yönü arasındaki açı; a - yuva genişliği; k, kırınım minimumunun sırasıdır; elektronun de Broglie dalga boyudur.

20. yüzyılın ortalarında, SSCB'de sırayla uçan ince bir tek elektron filmi üzerindeki kırınım üzerine bir deney yapıldı.

Elektronlar için kırınım etkileri, yalnızca temel bir parçacıkla ilişkili dalga boyu, bir maddedeki atomlar arasındaki mesafeyle aynı sıraya sahipse gözlemlendiğinden, bir maddenin yapısını incelemek için elektron kırınımı olgusuna dayanan elektronografi yöntemi kullanılır. Elektronografi, elektronların nüfuz etme gücü düşük olduğundan, vücut yüzeylerinin yapılarını incelemek için kullanılır.

Elektron kırınımı fenomenini kullanarak, bir katının yüzeyinde adsorbe edilen bir gaz molekülündeki atomlar arasındaki mesafeler bulunur.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak	Periyodu nm olan bir kristal üzerine aynı enerjiye sahip bir elektron demeti düşer. Bakış açısı ise birinci dereceden Bragg yansıması meydana gelirse elektron hızı (v) nedir?
Karar	Problemi çözmenin temeli olarak, maksimum yansıyan dalga kırınımının meydana gelmesi koşulunu alıyoruz: koşula göre nerede. De Broglie hipotezine göre, elektron dalga boyu (göreceli durum için): (1.2) ifadesinin sağ tarafını formülde yerine koyalım: (1.3)'den istenen hızı ifade ediyoruz: kg elektron kütlesidir; J s Planck sabitidir. Elektron hızını hesaplayalım:
Cevap

ÖRNEK 2

Örnek 4.1.(С4). Bir sabun filmi, yüzeyinde mekanik stabilite sağlayan ve filmin optik özelliklerini etkilemeyen bir sabun molekülü tabakası bulunan ince bir su tabakasıdır. Sabun filmi, iki tarafı yatay, diğer ikisi dikey olan kare bir çerçeve üzerine gerilir. Yerçekimi etkisi altında, film, altta kalınlığı üstten daha büyük olduğu ortaya çıkan bir kama şeklini aldı (şekle bakın). Kare, filme dik gelen 666 nm (havada) dalga boyuna sahip paralel bir lazer ışını ışını ile aydınlatıldığında, ışığın bir kısmı ondan yansır ve yüzeyinde 20 yataydan oluşan bir girişim deseni oluşturur. çizgili. Suyun kırılma indisi ise kamanın tabanındaki sabun filmi üst kısımdan ne kadar daha kalındır?

Karar. Filmdeki şerit sayısı, alt ve üst kısımlarındaki ışık dalgasının yolundaki fark ile belirlenir: Δ \u003d Nλ "/2, burada λ" / 2 = λ / 2n, yarım dalgaların sayısıdır Kırılma indisi n olan bir maddede N, bant sayısıdır ve Δ, kamanın alt ve üst kısımlarındaki film kalınlık farkıdır.

Buradan, havadaki lazer radyasyonunun dalga boyu λ ile sabun filminin parametreleri arasındaki ilişkiyi elde ederiz, buradan yanıt aşağıdaki gibidir: Δ = Nλ/2n.

Örnek 4.2.(C5). Bir kristal kafesin yapısını incelerken, aynı hıza sahip bir elektron ışını, şekilde gösterildiği gibi Oz ekseni boyunca kristal yüzeyine dik olarak yönlendirilir. Kristalle etkileşime girdikten sonra, üst katmandan yansıyan elektronlar, bazı yönlerde kırınım maksimumları gözlenecek şekilde uzaya dağılır. Ozx düzleminde böyle bir birinci dereceden maksimum var. Elektronların kinetik enerjisi 50 eV ise ve Ox ekseni boyunca atomik kafesin kristal yapısının periyodu 0,215 nm ise, bu maksimumun yönü Oz ekseni ile hangi açıyı yapar?

Karar. Kinetik enerjisi E ve kütlesi m olan bir elektronun momentumu p, p = . De Broglie dalga boyu momentum λ = = ile ilişkilidir . d periyoduna sahip bir ızgara için maksimum ilk kırınım, sin α = koşulunu sağlayan bir α açısında gözlenir.

Cevap: sinα = ≈ 0.8, a = 53o.

Örnek 4.3.(C5). Bir maddenin monomoleküler tabakasının yapısını incelerken, aynı hıza sahip bir elektron ışını incelenen tabakaya dik olarak yönlendirilir. Periyodik bir kafes oluşturan moleküller üzerindeki kırınım sonucunda, elektronların bir kısmı belirli açılarda saparak kırınım maksimumlarını oluşturur. İlk kırınım maksimumu, elektronların orijinal yönden α=50°'lik bir açıyla sapmasına karşılık geliyorsa ve moleküler kafesin periyodu 0.215 nm ise, elektronlar hangi hızla hareket eder?

Karar. Bir elektronun momentumu p, hızı p = mv ile ilişkilidir. De Broglie dalga boyu elektron momentumu λ = = ile belirlenir. d periyoduna sahip bir ızgara için maksimum ilk kırınım, sin α = = koşulunu sağlayan bir α açısında gözlenir. v= .

Örnek 4.4. (C5). Fotoelektrik etkinin kırmızı sınırına karşılık gelen dalga boyuna sahip bir foton, havanın boşaltıldığı ve az miktarda hidrojenin verildiği bir kaptaki metal bir plakadan (katot) bir elektronu vurur. Elektron, sabit bir elektrik alanı tarafından hidrojen atomunun W= 13.6 eV iyonlaşma enerjisine eşit bir enerjiye hızlandırılır ve atomu iyonize eder. Ortaya çıkan proton, mevcut elektrik alanı tarafından hızlandırılır ve katoda çarpar. Proton tarafından plakaya iletilen p m momentumu, atomu iyonize eden elektron p e'nin maksimum momentumundan kaç kez daha büyüktür? Protonun ilk hızı sıfıra eşit kabul edilir, darbe kesinlikle esnek değildir.

Karar. Bir elektrik alanında bir elektron tarafından kazanılan enerji E e, bir proton tarafından elde edilen E p enerjisine eşittir ve iyonlaşma enerjisine eşittir: E e \u003d E p \u003d W. Darbeler için ifadeler:

proton: p p \u003d m n v n veya p p \u003d ;

elektron: p e \u003d m e v e veya p e \u003d ; buradan .

Örnek 4.5. (C6). Açık alanda uzay aracını hızlandırmak ve yörüngelerini düzeltmek için, güneş ışığını yansıtan ince bir filmden cihaza tutturulmuş geniş bir alanın hafif bir ekranı olan bir güneş yelkeninin kullanılması önerilmektedir. Uzay aracının kütlesi (yelkenle birlikte) m = 500 kg. Yelken açıldıktan sonra 24 saat içinde kaç m / s değişecek, eğer yelken 100 m x 100 m boyutlarındaysa ve Mars'ın yörüngesindeki bir uzay aracının hızı ve 1 m 2'lik bir yüzeye gelen güneş radyasyonunun gücü W güneş ışınlarına dik Dünya'ya yakın 1370 watt mı? Mars'ın Güneş'ten Dünya'dan 1,5 kat daha uzakta olduğunu varsayalım.

Karar. Işığın aynasal yansımasındaki basıncını hesaplama formülü: p = . Basınç kuvveti: F = . Radyasyon gücünün Güneş'e olan uzaklığına bağımlılığı: ( . Newton'un ikinci yasasını uygulamak: F = m a, cevabı alıyoruz: Δv = .

D. Ehberger ve diğerleri. / Fizik Rev. Lett.

Almanya'dan fizikçiler, dalga cephesi ışın yönüne bir açıyla yayılan "eğik" femtosaniye elektron ışınlarını nasıl elde edeceklerini öğrendiler. Bunu yapmak için bilim adamları elektronları ince bir alüminyum aynadan geçirdiler ve ışını geren ve döndüren terahertz radyasyonu ile üzerlerine parladılar. Makale yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları, kısaca bahseder Fizik. Bu sonuç, bazı elektron mikroskobu türlerinde çok daha iyi uzaysal ve zamansal çözünürlük elde etmeyi ve örneğin kimyasal reaksiyonların seyrini gerçek zamanlı olarak izlemeyi mümkün kılacaktır.

Tarihsel olarak, bilim adamları küçük nesneleri incelemek için optik mikroskoplar kullandılar - ilk kez bu tür mikroskoplar 17. yüzyılın başında inşa edildi ve biyologların tek hücreli organizmaları keşfetmeleri ve dokuların hücresel yapısını incelemeleri onların yardımıyla oldu. Ne yazık ki, bu tür mikroskopların yetenekleri, görünür ışığın dalga boyundan (400-750 nanometre) çok daha küçük karakteristik bir boyuta sahip nesnelerin çözülmesine izin vermeyen kırınım sınırı ile sınırlıdır. Öte yandan, bir mikroskobun çözünürlüğü, fotonları göreli elektronlar gibi daha kısa dalga boylu parçacıklarla değiştirerek geliştirilebilir. Bu, çözünürlüğü bir angstromun onda birine kadar artırmanıza ve tek tek atomları ve molekülleri görmenize olanak tanır.

Son zamanlarda, fizikçiler sadece uzamsal ile değil, aynı zamanda gözlemlenen süreçlerin zamansal özellikleriyle de giderek daha fazla ilgilenmeye başladılar - örneğin, görmeye çalışıyorlar. gibi atomlar uzayda veya bir kimyasal reaksiyon sırasında birbirleriyle etkileşirler. Bu tür özellikleri yakalamak için, karakteristik hareket süresi (örneğin, elektronların numuneden geçtiği süre) incelenen işlemin karakteristik süresini aşmayan "sıkılmış" elektron ışınları elde etmek gerekir. Kural olarak, bu süre birkaç femtosaniyeye eşittir (bir femtosaniye = 10 −15 saniye).

Ne yazık ki, ışının içindeki elektronlar sıfır olmayan bir elektrik yüküne sahiptir ve birbirlerini iterler, bu da ışının zaman ve uzayda bulaşmasına neden olur. Bu nedenle, uzun bir süre pratikte "sıkıştırılmış" kirişler elde etmek mümkün olmadı; ilk başarı sadece 2011'de Fransız deneysel fizikçiler tarafından rapor edildi. Ek olarak, bu tür ışınların kontrol edilmesi zordur ve şu anda elektron mikroskobunun yetenekleri optik olanların gerisinde kalmaktadır. Şimdiye kadar bilim adamları, optik mikroskopiye benzer yöntemler kullanarak ultra kısa elektron ışınlarını hızlandırmayı, sıkıştırmayı, modüle etmeyi ve ayırmayı başardılar, ancak birçok pratik uygulama daha karmaşık ışın yapıları gerektiriyor.

Peter Baum liderliğindeki bir grup araştırmacı, hareket yönüne göre bir femtosaniye elektron ışınının dalga cephesini nasıl "eğdireceğini" buldu. Böyle bir "eğimli" elektron ışını numunenin yüzeyine dik olarak geldiğinde, etkin bir hızla bir enerji "dalgası" onun boyunca ilerlemeye başlar. v = c/tgθ, nerede ileışın hızı ve θ eğim açısıdır; sıradan kirişlerde (θ = 0°) enerji bir kerede serbest bırakılır. Optik mikroskopide, "eğik" kirişler elde etmek çok kolaydır - bir elektromanyetik dalgayı bir prizmadan geçirmek yeterlidir ve dağılım nedeniyle, farklı frekanslara sahip harmonikler farklı açılarda kırılarak eğimli bir dalga cephesi oluşturur. Kural olarak, bu tür kirişler örnekleri uyarmak için kullanılır. Ne yazık ki, bu yöntem elektron ışınlarına uygulanamaz.

"Eğimli" bir optik (üst) ve elektron (alt) ışını elde etme şeması

APS / Alan Stonebraker

Bununla birlikte, bilim adamları, bir metal folyo ayna kullanarak elektron ışınını "eğmenin" bir yolunu bulmuşlardır. Bu yöntemin özü, bir elektromanyetik dalganın elektrik alanının etkisi altında, ışının elektronlarının hızlandırılması ve şeklinin değişmesi gerçeğinde yatmaktadır. Elektromanyetik salınımların karakteristik süresi (10 −12 saniye), ışın geçişinin karakteristik süresinden (10 −15 saniye) çok daha uzun olduğundan, alan zaman içinde "donmuş" olarak kabul edilebilir ve uzaysal kısmı şu şekilde tanımlanabilir: bir elektromanyetik dalganın "anlık anlık görüntüsü" (şekilde bu kısım, yoğunluk vektörünün mutlak değerini yansıtan bir sinüzoid ile temsil edilmektedir).

Alan, kiriş hareketinin yönüne dik yönlendirilirse, ön ve arka kısımları da harekete dik zıt yönlerde “çekilir” ve kiriş eğilir. Alan kiriş boyunca yönlendirilirse, ön ve arka kısımlar birbirine "bastırılır". Her iki etkiyi birleştirmek ve sıkıştırılmış eğik bir ışın elde etmek için bilim adamları, elektronları serbestçe ileten ve neredeyse tamamen terahertz radyasyonunu yansıtan ince bir alüminyum folyo ayna (yaklaşık 10 nanometre kalınlığında) kullandılar. Araştırmacılar aynayı dik açıyla çevirerek, dalganın elektrik alanının boyuna ve enine bileşenlerinin doğru şekilde sıralanmasını sağladılar ve elektron demetinin hareket yönüne göre dalga cephesini çevirdiler. Bu durumda elektromanyetik radyasyonun frekansı 0,3 terahertz idi ve elektronların kinetik enerjisi 70 kiloelektronvolta ulaştı, bu da ışık hızının yaklaşık 0,5'i kadar bir parçacık hızına karşılık geliyor.

Enine (sol) ve uzunlamasına (sağ) bir elektrik alanının etkisi altında kiriş şeklinin bozulması

APS / Alan Stonebraker

Sonuç olarak, bilim adamları θ = 10 dereceye kadar eğim açısına sahip kirişler elde etmeyi başardılar (büyük değerlerde kirişler çok fazla bulanıklaştı). Deneyin sonuçları teori ile iyi bir uyum içindeydi. Bu tür ışınların dalga boyu, optik "eğik" ışınların dalga boyundan yüz milyon kat daha küçüktür, bu da incelenen nesnelerin çözünürlüğünü önemli ölçüde artırmayı mümkün kılar. Ek olarak, ışındaki elektronlar neredeyse bağımsız davranır: uzaysal Temmuz 2016'da fizikçiler Andrey Ryabov ve Peter Baum (yeni çalışmanın üç ortak yazarından ikisi), femtosaniye elektron ışınlarına dayanan ve izin veren yeni bir mikroskopi tekniği. elektromanyetik alanın ultra hızlı salınımlarını görmenizi sağlar. Eylül 2017'de İsviçreli araştırmacılar, transmisyon elektron mikroskobu kullanarak nano nesnelerin üç boyutlu görüntülerini elde etmek için bir yöntem uygulamaya koydular; Bunu yapmak için bilim adamları, odaklanan bir manyetik mercek sistemi kullanarak elektron ışınlarını dar konilere "sıkıştırdı". Ve Temmuz 2018'de Amerikalı fizikçiler, transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen görüntülerin 0.039 nanometre çözünürlüğüne kadar çıktı. Bunu yapmak için bilim adamları, pikografi tekniğini kullandılar, yani görüntüyü çeşitli çekim parametrelerinde elde edilen çok sayıda kırınım spektrumundan geri yüklediler.

Dmitry Trunin