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Elektronenbeugung

 
     
  bei gerichteter Bestrahlung von Kristallen mit Elektronen durch Interferenz entstehende räumliche Intensitätsverteilung (Beugungsmuster bzw. -diagramm, Beugung), die für die Kristallstruktur charakteristisch ist. Die Beugung von Elektronen folgt den selben geometrischen Gesetzmässigkeiten wie die Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen (Laue-Gleichungen, Braggsche Gleichung), da man nach de Broglie einem Teilchen mit der Masse m und der Geschwindigkeit v eine Welle mit der (de Broglie-) Wellenlänge λ = h/mv (h = Plancksches Wirkungsquantum) zuschreiben kann. Allerdings muss bei hohen Teilchengeschwindigkeiten, nahe der Lichtgeschwindigkeit, die relativistische Masse der Elektronen berücksichtigt werden:

ElektronenbeugungDabei ist c die Lichtgeschwindigkeit, m0 die Ruhemasse, E = eU ist die Energie der Elektronen, wenn sie mit der Spannung U beschleunigt werden. Das ergibt rund 122 pm für 100 eV, 12 pm für 10 keV und 4 pm für 100 keV Elektronen. Die Streuung der eingestrahlten Elektronen erfolgt sowohl an den Atomkernen als auch an den Elektronen des Kristalls (Atomstreufaktor für Elektronen). Allerdings erfordert die Berechnung der Beugungsintensitäten für langsame Elektronen im Bereich zwischen 10 und 200 eV eine andere theoretische Behandlung als bei hohen Energien. Die Beugung langsamer Elektronen wird wegen ihrer geringen Eindringtiefe in Materie und wegen der passenden Wellenlänge für die Untersuchung der zweidimensional periodischen Oberflächenstruktur von Kristallen eingesetzt (Low Energy Electron Diffraction: LEED). Die Beugung schneller Elektronen mit Energien im Bereich einiger Hundert keV wird im Elektronenmikroskop benutzt. Die durch Elektron-Elektron-Wechselwirkung inelastisch gestreuten Elektronen (Compton-Effekt) sind inkohärent, haben also untereinander keine zeitlich konstante Phasendifferenz, und erzeugen so einen gleichmässigen Streuuntergrund. Die Wellennatur der Elektronen wurde 1927 von C.J. Davisson und L.H. Germer durch Beugung an einer Nickelkristalloberfläche experimentell bewiesen.


C.J. Davisson und G.P. Thomsson erhielten 1937 gemeinsam den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung der Beugung von Elektronen durch Kristalle.
 
 

 

 

 
 
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