전자회절실험 예비보고서2

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실험제목 : 전자회절
실험목적 : 전자를 결정에 쏘여서 전자가 회절되는 현상을 조사한다. 파동으로서의 전자가 결정에서 회절되는 원리를 이해하고 전자의 물질파 파장, 결정의 격자상수등을 구한다.
<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.

<중 략>

<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.

<중 략>

이는 d가 dhkl/n인 가상적인 면에서의 1차 반사인 것으로 취급할 수 있다. 이러한 가상적인 브랙 면을 (nh,nk,nl)으로 표기하여 회절을 이해하면 여러모로 편리하다. 예를 들어 (110) 면에서의 2차 반사를 (220)에서의 1차 반사로 취급할 수 있게 된다. 실제로 (220)면은 격자점을 이어준 브랙 면이 아니고 브랙 면인 (110)면 중간 중간에 면을 하나씩 삽입한 면이 될 것이다. 이 경우에도 (7)식은 여전히 유효하게 된다. 그리고 회절관계식은 가상적인 브랙 면 모두를 포함하는 (hkl)면에 대하여 다음과 같이 간단한 형태로 쓸 수 있게 된다.

본 실험장치에서 가속된 전자는 다결정인 고체에 비추어 진다. 다결정(polycrystalline)은 단결정(배열이 완전히 규칙적인 결정)들이 조각난 채로 결정면들이 제멋대로 놓여 덩어리 진 것을 말한다. 다결정 속에는 모든 방향으로의 결정면이 있다고 볼 수 있기 때문에 위의 (6)식을 만족하는 상황이 여러 가지 생긴다. 그림 1 에서 나타낸 것과 같이 회절각이 2θ로 회절된 전자는 형광 스크린에 부딪혀서 원형의 밝은 무늬를 만든다. 무늬의 반경을 재어서 θ를 알아내고 이로부터 d를 알아내게 된다.

참고 자료

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