1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию
1.5 Некоторые фундаментальные свойства электрона
Электроны демонстрируют свойства, как частиц, так и волн, иллюстрируя одну из великих загадок квантовой физики - корпускулярно-волновой дуализм. На самом деле ПЭМ регулярно демонстрирует как волновую, так и корпускулярную природу электронов, повторяя электронный аналог знаменитого опыта Тейлора, в котором он продемонстрировал интерференцию света через две узкие щели, несмотря на использование такого слабого источника света, что только один фотон проходил через любую из щелей в каждый момент времени. Ток электронного пучка в ПЭМ может быть около 0.1-1 мА, что соответствует примерно 1012 электронам, проходящим сквозь плоскость образца. Но, как мы увидим ниже, при 100 кэВ, эти электроны движутся примерно половине скорости света (на самом деле примерно 1,6·108 м/с), и получается, что они находятся на расстоянии около 1,6 мм друг от друга, и это означает, что в образце в любой момент времени находится не более одного электрона. Тем не менее, электронная дифракция и интерференция имеют место быть, и оба эти явления являются волновыми явлениями и требуют взаимодействия различных электронных волн. Несмотря на эту дилемму, мы много знаем об электроне и его поведении, и некоторые основные характеристики приведены в таблице 1.1, наряду с некоторыми соответствующими физическими константами.
|
Заряд (e)
|
(-) 1.602·10-19 Кл
|
|
1 эВ
|
1.602·10-19 Дж
|
|
Масса покоя (m0)
|
9.109·10-31 кг
|
|
Энергия покоя (m0c2)
|
511 кэВ
|
|
Кинетическая энергия (заряд·напряжение)
|
1.602·10-19 Н·м (для потенциала в 1 Вольт) =Дж
|
|
Постоянная Планка (h)
|
6.626·10-34 Н·м·с
|
|
1 A
|
1 Кл/с
|
|
Скорость света в вакууме (c)
|
2.998·108 м/с
|
Есть несколько важных уравнений, которые необходимо знать: прежде всего, на основе идеи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, можно связать момент скорости частицы p, и ее длину волны ?, через постоянную Планка:
(1.3)
В ПЭМ, мы сообщаем момент электроны посредством приложения ускоряющего потенциала V, придающего электрону кинетическую энергию eV. Эта потенциальная энергия можно приравнять к кинетической:
(1.4)
