反射式高能电子衍射的应用.

分类号密级U D C 编号本科毕业论文(设计)题目电子衍射中的相对论效应系别物理与电子信息学院专业名称物理学年级 09级学生姓名许盼学号指导教师戴伟二0一三年五月论文原创性说明本人申明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。

特此说明。

论文作者签名：日期：年月日文献综述一、概述电子衍射实验是曾荣获诺贝尔奖金的重大近代物理实验之一，也是现代分析测试技术中，分析物质结构，特别是分析表面结构最重要的方法之一。

现代晶体生长过程中，用电子衍射方法进行监控，也十分普遍。

1927年Davsso和Germer首次实验验证了 De Broglie 关于微观粒子具有波粒二象性的理论假说，奠定了现代量子物理学的实验基础。

本实验主要用于多晶体的电子衍射现象，测量运动电子的波长；验证德布罗意关系。

但在高能电子衍射中，电子速度会接近光速，相对论效应明显。

二、电子衍射中的相对论效应本文将推导经典情况下的电子波长与加速电压的关系及考虑相对论情况下的波长与电压的关系，用origin7.5软件画出关系曲线并分析它们的误差。

1.相对论理论依据经典力学总结了低速物理的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观：认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系；同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量(如坐标、速度)可通过伽利略变换而互相联系。

这就是力学相对性原理：一切力学规律在伽利略变换下是不变的。

19世纪末至20世纪初，人们试图将伽利略变换和力学相对性原理推广到电磁学和光学时遇到了困难；实验证明对高速运动的物体伽利略变换是不正确的，实验还证明在所有惯性参照系中光在真空中的传播速度为同一常数。

在此基础上，爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论；并据此导出从一个惯性系到另一惯性系的变换方程即“洛伦兹变换”。

在经典力学中，动量表达式为p=mv。

电子衍射及其应用主要内容概述电子散射电子衍射透射电镜中衍射公式 选区电子衍射单晶电子衍射花样标定 衍射花样的复杂性电子衍射简单应用概述1927年，戴维逊成功进行了晶体的电子衍射实验；这里的电子衍射指的是高能电子衍射，其衍射几何遵从Bragg 方程或衍射矢量方程（Ewald图解）；物质对电子的散射主要是核散射，散射作用很强，因而电子穿透物质的能力较弱，电子衍射只适合于薄样品；透射电镜上可实现选取电子衍射，可使样品的结构分析与形貌观察结合起来；当试样为多晶时，衍射花样为同心圆环；当样品为薄单晶时，衍射花样为规则分布的斑点；当样品较厚时，衍射中出现线状花样。

电子散射射主要是源于库仑相互作用，其散射可分为：弹性散射：原子核对电子的散射，尤其是在小角度散射范围的散射，散射损失能量可忽略不记。

非弹性散射：当入射电子与原子中电子的作用称为主要过程时，由于作用粒子的质量相同，散射后电子的能量发射显著变化，这种过程称为非弹性散射。

晶形尺寸效应倒易点阵透射电镜中电子衍射在透射电镜中：tg2θ= r/f 即r = f ⋅tg2θ≈f ⋅2θ=f ⋅2sin θ所以r = f ⋅λ/d hkl在荧光屏上观察到的衍射斑距透射斑的距离为：R = M i ⋅M p ⋅f ⋅λ/d hkl所以Rd hkl = L λL λ是相机常数，L 为相对相机长度。

透射电镜中电子衍射基本公式若将衍射矢量方程代入R = L λ/d hkl可得到hklg L R r r ⋅=λ透射电镜中电子衍射基本公式所以，电子衍射花样是倒易截面的放大。

结构因子：X 射线衍射结构因子表达形式完全相同，只是其中的f j 为样品中原子对电子的散射因子。

原子对电子的散射是核散射，所以散射强，原子对电子的散射因子比原子对x 射线的散射因子大一万倍。

电子衍射结构因子和系统消光∑++π==n j j j j j g lz ky hx i f F 1)](2exp[ 系统消光:电子衍射的系统消光规律也与x 射线衍射消光规律相同。

反射高能电子衍射Reflection high energy electron diffraction 反射高能电子衍射是高能电子衍射的一种工作模式。

它将能量为10～50keV的单能电子掠射(1°～3°)到晶体表面，在向前散射方向收集电子束，或将衍射束显示于荧光屏。

简介一幅反射高能衍射图只能给出倒易空间（见倒易点阵）某个二维截面，从衍射点之间的距离可确定相应的晶面间距。

旋转样品，可以在荧光屏上得到不同方位角的二维倒易截面，从而仍可获得表面结构的全部对称信息。

由于在晶体中电子散射截面远大于X 射线的散射截面，加之掠射角小，从而使反射高能衍射与低能电子衍射一样具有表面灵敏度（约10～40┱）,但它不仅限于作单晶表面结构分析，也可用于多晶、孪晶、无定形表面及微粒样品的表面结构分析。

反射高能电子衍射得到广泛运用是与分子束外延技术发展有关。

它可用于原位观察外延膜生长情况，为改进生长条件提供依据。

与低能电子的情况有所不同，高能电子束与晶体相互作用中非弹性散射较弱，其强度分析的理论还处于探索之中装置最简单的电子衍射装置。

从阴极K发出的电子被加速后经过阳极A的光阑孔和透镜L到达试样S上，被试样衍射后在荧光屏或照相底板P上形成电子衍射图样。

由于物质（包括空气）对电子的吸收很强，故上述各部分均置于真空中。

电子的加速电压一般为数万伏至十万伏左右，称高能电子衍射。

为了研究表面结构，电子加速电压也可低达数千甚至数十伏，这种装置称低能电子衍射装置。

模式电子衍射可用于研究厚度小于0.2微米的薄膜结构，或大块试样的表面结构。

前一种情况称透射电子衍射,后一种称反射电子衍射。

作反射电子衍射时，电子束与试样表面的夹角很小，一般在1゜～2゜以内，称掠射角。

自从60年代以来，商品透射电子显微镜都具有电子衍射功能（见电子显微镜），而且可以利用试样后面的透镜，选择小至1微米的区域进行衍射观察，称为选区电子衍射，而在试样之后不用任何透镜的情形称高分辨电子衍射。

高二物理知识点电磁波的反射与折射定律的应用高二物理知识点：电磁波的反射与折射定律的应用电磁波的反射与折射定律是高中物理学中重要的知识点之一。

在实际应用中，了解和掌握这些定律对于解决问题和正确理解光的传播有着重要的作用。

本文将围绕电磁波的反射与折射定律及其应用展开讨论。

一、电磁波的反射定律电磁波在遇到界面时的反射行为遵循反射定律，即入射角等于反射角。

这一定律描述了光线从一种介质射向另一种介质时的反射现象。

具体而言，当光从光疏介质射向光密介质时，光线会向法线倾斜；当光从光密介质射向光疏介质时，光线也会向法线倾斜。

反射定律的应用广泛，例如光的反射现象可以解释为何我们能够看到镜子中的倒影。

二、电磁波的折射定律电磁波在从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。

根据折射定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在着特定的关系。

具体而言，折射定律表明入射光线和折射光线在界面上的法线处位于同一平面内，且两者的正弦值之比等于两种介质的折射率之比。

折射定律的应用广泛，例如在光的折射现象中，折射率的不同导致了光线的弯曲和色散现象的发生。

三、电磁波的反射和折射定律的应用1. 光的反射应用之望远镜望远镜是一种利用光的反射定律设计的光学仪器。

通过望远镜的镜面反射，可以将距离观察者较远的物体映射到视线范围内，从而实现远距离观测的目的。

望远镜的构造复杂，但核心原理是利用凹面镜和凸面镜的反射性质将远处物体的光线经反射聚焦，使其形成清晰的像。

2. 光的折射应用之光纤通信光纤通信是一种基于光信号传输的通信方式。

光纤使用了光的折射定律，通过光信号在光纤内的传播实现信息的传递。

光纤内的光信号由一根透明的纤维材料构成，通过光的全反射实现光信号的长距离传输。

光纤通信具有传输速度快、抗干扰性强等优点，被广泛应用于现代通信技术中。

3. 电磁波的反射和折射应用之凸透镜和凹透镜凸透镜和凹透镜分别利用了光的折射定律和反射定律的特性。

通过调节透镜的曲率和厚度，可以改变透镜对光线的折射和反射，从而实现对光线的聚焦或发散。