حيود الإلكترونات وطول موجة دي برولي – أنبوب الحيود والشق المزدوج والمجهر الإلكتروني

ماذا تعرض

اقترح دي برولي أن لكل جسيم طولًا موجيًا λ = h/p. الإلكترونات المسرَّعة بجهد V زخمها p = √(2meV)، فيكون λ = h/√(2meV)، أي بضعة بيكومترات عند بضعة كيلوفولتات. يعمل غشاء رقيق من الغرافيت متعدد البلورات عمل محزوز حيود: فانعكاس براغ 2d sinθ = λ عن مجموعتين من المستويات الذرية يوجّه الإلكترونات في مخروطين يكوّنان حلقتين على الشاشة. ورفع V يقصّر λ ويقلّص الحلقات. وعند إرسال الإلكترونات أو الفوتونات واحدًا تلو الآخر عبر شق مزدوج تصل كجسيمات لكنها تكوّن هدبًا؛ والشق المفرد الأضيق يوسّع انتشار زخمها الجانبي، Δx·Δp ≥ h/4π.

طريقة الاستخدام

في تبويب «أنبوب الحيود» اضبط «الجهد V»، واسحب على الشاشة أو استخدم «مقياس الحلقة D» لمطابقة الدائرة المتقطعة مع حلقة، واختر «الحلقة المقيسة» واضغط «تسجيل». كرر ذلك عند عدة جهود واقرأ d من الخطوط الملائمة. جرّب «مقارنة مع الأشعة السينية» مع «الطول الموجي نفسه»، و«تقريب مغناطيس». في تبويب «الشق المزدوج» غيّر «الجسيمات» و«الشقوق» و«المسافة بين الشقين d» و«عرض الشق b» و«معدل الإصدار»، أو اضغط «إرسال واحد». في تبويب «المجهر» غيّر «جهد TEM».

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة أنبوب حيود الإلكترونات, إلكترونات عبر شق مزدوج, المجهر الإلكتروني
• جهد التسريع V (أنبوب الحيود) 1.5–5 kV
• إظهار شبكة الغرافيت
• تقريب مغناطيس من الأنبوب
• مقارنة مع الأشعة السينية
• طاقة فوتون الأشعة السينية 20–120 keV
• جهد التسريع V (الشق المزدوج) 10–100 kV
• المسافة بين الشقين d 0.5–4 µm
• الشقوق الشقان مفتوحان, أحد الشقين مغلق, كاشف يبيّن الشق, شق واحد بعرض متغير (Δx·Δp)
• معدل إصدار الإلكترونات بطيء (واحد تلو الآخر), متوسط, سريع
• إظهار التوزيع المتوقع
• جهد التسريع في المجهر الإلكتروني 10–300 kV
• طول موجة الضوء في المجهر الضوئي 400–700 nm
• الجسيمات (شاشة الشق المزدوج) إلكترونات, فوتونات
• طول موجة الفوتون 400–700 nm
• عرض الشق b (بوحدة µm للإلكترونات؛ وجهاز الفوتونات أكبر 100 مرة) 0.1–1.5 µm

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تصغر الحلقات عند زيادة جهد التسريع؟
2. لماذا يتسع النمط عندما يُجعل الشق المفرد أضيق؟
3. لماذا تختفي الهدب عندما يكشف كاشف الشق الذي مرّ منه كل إلكترون؟