Девиссон жəне Джермер тəжірибелері

Қарапайым бөлшектерге сəйкес келетін де Бройль толқынының ұзындығы өте қысқа. Ол көрінетін жарық толқын ұзындығынан мыңдаған есе кіші жəне ол бөлшек массасы артқан сайын кішерейе береді. Сондықтан монохроматты электрондар ағынындағы дифракция құбылысын бақылау үшін, саңылаудың өлшемі өте кіші болып, оның толқын ұзындығымен шамалас болатындай болуы керек. Электрондар ағыны үшін дифракциялық тордың рөлін кəдімгі кристалдағы атомдардың реттеліп орналасқан қабаттары атқарады. Осындай кристалдық тор бетінен шашыраған электрондар ағыны, толқын ұзындығына қарай немесе импульстеріне қарай əртүрлі бұрыштарға бұрылады. Монохроматты электрондар ағынындағы бөлшектердің бəрінің импульстері бір мəнге ие болса, онда олардың бəрі бірдей φ - бұрышқа бұрылуы керек еді. Шындығында ондай монохроматты электрондар шоғы кристалл бетінен шағылып, φ - бұрышының төңірегіндегі кішкене Δφ бұрышының ішінде жатады. Монохроматты электрондар шоғы тұрақты потенциалдар айырмасы арқылы үдетілсе, онда барлық электрондардың импульстері бірдей жəне тұрақты болу керек еді, бірақ ондай электрондардың импульстері, орта импульс төңірегіндегі P аралықта жататыны белгілі болады. Олай болса бір ғана жазық монохромат толқын, нүкте төңірегіне шоғырландыруға болмайды. Сондықтан ондай электронның

~ 64 ~

толқындық функциясын, бір ғана жазық монохромат толқын арқылы сипаттауға келмейді.

Бөлшектердің толқындық қасиеттерін тəжірибелер арқылы анық байқаған американ физиктері К. Девиссон (1881 – 1958 жж.) мен Л. Джермер (1896 – 1971 жж.) болатын. Бұл тəжірибелерден кристалдан шашыраған электрондардың дифракциясы байқалған.

2.2-сурет

Электрондық-сəулелік түтік (А) жəрдемімен алынған моноэнергиялы электрондардың параллель шоғы никель кристалына (К) бағытталады. Электрондар кристалға түсіп шағылады. Шағылған электрондар қабылдағыш, гальванометр қосылған коллектор (Ф) көмегімен тіркеледі. Қабылдағышты электрондар шоғына қатысты кез келген θ - бұрышқабұруға болады. Кристалл бетінен шағылған е׳ электрондарды, Фарадей цилиндріне (Ф) жалғанған сезімтал гальванометр арқылы тіркейді (2.2-суретте көрсетілген).

Фарадей цилиндрін бағыттаушы R арқылы шеңбер бойымен орын ауыстырып, үлкен бұрыштағы шағылған электрондардың бағыттарын анықтай алады. Сонымен қатар əртүрлі бағыттағы шағылған электрондардың интенсивтілігінде () бақылай алады. Осы қондырғы арқылы электрон жылдамдығын, F жəне A арасындағы үдетуші потенциалдар айырымы () арқылы оңай анықтауға болады.

~ 65 ~

бұдан де-Бройль толқынның ұзындығын табуға болады: hc

eU

Егер үдетуші потенциал өте үлкен болса, электронның жылдамдығы да өте үлкен, онда массасы артады да, кинетикалық энергиясы

m c eU (2.2.2)

Сонда шағылған электрондар беретін ток күші қабылдағыштың орнының өзгеруіне жəне электрондардың жылдамдығының өзгеруіне байланысты өлшеп, əртүрлі бағыттарда шағылған электрондардың интенсивтігі жөнінде қорытынды жасауға болады.

Сонымен электрондардың кристалл бетінен шағылуы, рентген сəулелерінің кристалдан шағылуына ұқсастығын көруге болады.

Вульф – Брэггтер бойынша

мұндағы, d – кристалдардағы атомдық жазықтықтардың арақашықтығы, – сəуленің толқын ұзындығы, n – түскен сəулелердің максимумдарының реті.

(2.2.3) формулаға негізінде екі түрлі тəжірибе жүргізуге болады.

1. Кристалға толқын ұзындығы нақты сəулелер бағытталады. Кристалды бұру арқылы (n=1,2,… мəндері) оған сəйкес шағылу байқалады да, оның ₁, ₂,... сырғу бұрыштары болады. Осыдан

1,2,... реттік максимумдары алынады.

2. -бұрышты үздіксізөзгерте отырып, шағылған жарықтың толқын ұзындығын анықтауға болады.

_{2 1} / 2; _{3 1} / 3 жəне т.б.

~ 66 ~