文档介绍：近代物理实验讲义之三
-----电子衍射实验讲义
一实验目的
验证电子具有波动性的假设；
了解电子衍射和电子衍射实验对物理学发展的意义；
了解电子衍射在研究晶体结构中的应用；
二实验仪器
电子衍射，真空机组，复合真空计，数码相系的三个布拉菲单胞。立方晶系单胞是立方体，沿hkl三个方向的棱边长度相
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等，hkl三个晶面指数只能取整数；对于正方晶系的晶体hkl " + [2—
h,k,l三个方向相互垂直。h,k两个方向的棱边长度相等。三个晶面指数h,k,l只能取整数，d用只能取某些离 散值，按照布拉格定律，只能在某些方向接收到衍射线。做单晶衍射时，在衍射屏或感光胶片上只能看到 点状分布的衍射花样，见图4;做多晶衍射时，由于各个晶粒均匀地随机取向，各晶粒中具有相同晶面指 数的晶面的倒易矢在倒易空间各处均匀分布形成倒易球面，倒易球面与反射球面相交为圆环，衍射线为反 射球的球心到圆环的射线，射线到衍射屏或感光胶片上的投影呈环状衍射花样，见图5。
衍射花样的分布规律由晶体的结构决定，并不是所有满足布拉格定律的晶面都会有衍射线产生，这种 现象称为系统消光。若一个单胞中有n个原子，以单胞上一个顶点为坐标原点，单胞上第j个原子的位置 矢量为r. = x-a + y-b + , a,b,c为晶格点阵的平移基矢量，第j个原子的散射波的振幅为
为第j个原子的散射因子，根据劳厄方程，一个单胞中n个原子相干散射的复合波振幅
n 一 一 n 一
& = =凡万广。
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根据正空间和倒易空间的矢量运算规则，Khkl -匕=27i(hXj + kyj +kj)。复合波振幅可
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A A 、 q ilji:(^hx ： +ky j +lz j )
写为 A = Aa 7 ,j ie ，上式中的求和与单胞中原子的坐标有关，单胞中n个原
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° z» i2.(hXj+kyj+lZj)
子相干散射的复合波振幅受晶体的结构影响，令5l=小/ O则单胞的衍射强度
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&=费备, 与小称为结构因子。
对于底心点阵，单胞中只有一个原子，其坐标为[0, 0, 0],原子散射因子为力，FhJ = ,
任意晶面指数的晶面都能产生衍射。
对于底心点阵，单胞中有两个原子，其坐标为[0, 0, 0]和[1/2, 1/2, 0],若两个原子为同类原子，原
子散射因子为孩2=/2[i + cosQ +幻初,
只有当h,k同为偶数或同为奇数时，Fhki才不为0, h,k —个为偶数另为奇数时，Fh；为。,出现系统消光。
对于面心点阵，单胞中有4个原子，其坐标为[0, 0, 0]和[1/2, 0, 1/2], [0, 1/2, 1/2],若4个原子 为同类原子，原子散射因子为兀，凡J=£2[i + cosS+k + /)T],只有(h+k+1)为偶数时,不为°， 能产生衍射。
对于面心点阵,单胞中有4个原子,其坐标为[0, 0, 0]和[1/2, 0, 1/2], [0, 1/2, 1/2],若4个原子 为同类原子，原子散射因子为力，孩；=若[i+cos(/z+4);r+cosS+/);r+cos0 + /);r],只有当h,k,l 同为偶数可同为奇数时，『宙才不为0,能产生衍射。
对于单胞中原子数目较多的晶体以及由异类原子所组