DIFRACTIA ELECTRONILOR EXPERIMENTUL LUI DAVISSON SI GERMER Ipoteza

DIFRACTIA ELECTRONILOR EXPERIMENTUL LUI DAVISSON SI GERMER

Ipoteza de Broglie • În fizica, ipoteza de Broglie este afirmatia ca materia (orice obiect) are o natura ondulatorie (dualitate unda-corpuscul). • Relatiile de Broglie arata ca lungimea de unda este invers proportionala cu impulsul unei particule si ca frecventa este direct proportionala cu energia cinetica a particulei. • Ipoteza a fost propusa de Louis de Broglie în 1924 în teza sa de doctorat; pentru aceasta lucrare, de Broglie a primit premiul Nobel pentru Fizica în 1929, fiind astfel primul care a primit un Premiu Nobel pentru o teza de doctorat.

• Ipoteza de Broglie, formulată în 1926, preciza că particulele trebuie să se comporte și ca unde. • Formula lui de Broglie a fost confirmată trei ani mai târziu pentru electroni (care au masă de repaus) cu observarea difracției electronilor în două experimente separate. • • • La Universitatea Aberdeen, George Paget Thomson a trecut o undă de electroni printr-un film de metal subțire și a observat șabloanele de interferență prezise. La Laboratoarele Bell, Clinton Joseph Davisson și Lester Halbert Germer și-au trecut fluxul de electroni printr-o rețea cristalină. Thomson și Davisson au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1937 pentru aceste experimente.

Scurt istoric… Lester Halbert Germer (n. 1896 - d. 1971) ■ A fost un fizician american. ¢ ■ În 1927 a descoperit, împreună cu C. J. Davisson, fenomenul de difracție a electronilor punând astfel în evidență dualismul corpuscul-undă în comportarea materiei. ¢ ■ S-a ocupat de asemenea de domeniul emisiei termoelectronice și de cel al opticii electronice.

■ Participă în Primul Război Mondial ca aviator. ■ După absolvirea Columbia University, lucrează împreună cu Clinton Joseph Davisson în cadrul laboratoarelor Bell din New Jersey. ■ Împreună cu Davisson reușește să demonstreze proprietatea de dualitate undăcorpuscul, una din proprietățile fundamentale materiei, prezisă de Louis de Broglie.

!! Pentru aceasta, cei doi fizicieni au efectuat celebrul experiment Davisson-Germer: bombardarea cu fasciculi de electroni a unui cristal de nichel și studierea figurilor de difracție. ■ Acest experiment a avut un rol important în evoluția microscopului electronic. Germer a mai studiat: ¢Fenomenul de emisie termoelectrica ¢Coroziunea metalelor

Clinton Joseph Davisson (22 octombrie 1881 - 1 februarie 1958) • A fost un fizician american, • Laureat al Premiului Nobel pentru Fizică în 1937 pentru descoperirea difracţie electronilor, • Impreună cu George Paget Thomson, care a făcut, în paralel, aceeaşi descoperire.

Difracția electronilor este: • O tehnică folosită pentru a studia materia, prin bombardarea cu electroni a unei probe și observarea șablonului de interferență rezultat. • Acest fenomen are loc din cauza dualității undăparticulă, conform căreia, o particulă de materie (în acest caz electronul incident) poate fi descrisă ca o undă. • Din acest motiv, un electron poate fi văzut ca o undă, ca sunetul sau undele de pe suprafața apei. • Această tehnică este similară cu difracția razelor X și difracția neutronilor.

■ Adesea este folosită în fizica semiconductorilor și în chimie pentru a studia structura cristalină a solidelor. ■ Aceste experimente sunt de regulă efectuate într -un microscop electronic cu transmisie (MET), sau cu scanare (MES). ■ În aceste instrumente, electronii sunt accelerați de un potențial electrostatic pentru a căpăta energia dorită și a fi făcuți să aibă o anume lungime de undă înainte de a interacționa cu proba de studiat.

Structura periodică a unui solid cristalin împrăștie electronii într-o manieră previzibilă. Analizând șablonul de difracție observat, poate fi posibil să se deducă structura cristalului care produce acel șablon. Totuși, tehnica este limitată de problema fazei. Afară de studiul cristalelor, difracția electronilor este și o tehnică utilă de studiu solidele amorfe și geometria moleculelor de gaz.

Microscopul electronic • Primul microscop electronic a fost construit în 1931 de către inginerii germani Ernst Ruska și Max Knoll. • Acesta era bazat pe ideile și descoperirile fizicianului francez Louis de Broglie. • Deși primitiv și nepotrivit utilizărilor practice, instrumentul era capabil să mărească obiectele de patru sute de ori. • Reinhold Rudenberg, directorul de cercetări al companiei Siemens, a patentat microscopul electronic în 1931 deși Siemens nu făcea cercetări în domeniul microscoapelor electronice la acea vreme. • În 1937 Siemens a început să-i finanțeze pe Ruska și pe Bodo von Borries pentru dezvoltarea unui microscop electronic. • Siemens l-a angajat și pe fratele lui Ruska, Helmut să lucreze la aplicații, în particular cu specimene biologice. • În același deceniu, Manfred von Ardenne a inventat microscopul electronic cu scanare și un microscop electronic universal.

Deși microscoapele electronice moderne pot mări obiectele de până la două milioane de ori, toate se bazează pe prototipul lui Ruska. Microscopul electronic este nelipsit în multe laboratoare. Cercetătorii îl folosesc pentru: * a examina material biologic (cum ar fi microorganisme si celule) * diferite molecule mari * probe de biopsie medicală * metale și structuri cristaline * caracteristicile diferitelor suprafețe

■ Microscopul electronic este folosit extensiv pentru inspecția și asigurarea calității în industrie, inclusiv, în mod deosebit, în fabricarea dispozitivelor semiconductoare.