历史

1924 年，路易·德布罗意发表了他的博士论文。在论文里，他建议一个新颖的点子：所有的物质都具有波的性质 。根据德布罗意，粒子的能量 E {\displaystyle E\,\!} 与其物质波的频率 ν ν --> {\displaystyle \nu \,\!} 的关系为

其中， h {\displaystyle h\,\!} 是普朗克常数；

还有，粒子的动量 p {\displaystyle p\,\!} 与其物质波的波长 λ λ --> {\displaystyle \lambda \,\!} 的关系为

这关系称为 德布罗意关系 。

1926 年，在知道戴维森-革末实验的初步结果之后，瓦尔特·爱尔沙色 ( Walter Elsasser ) 试着寻找一个能够解释这结果的理论。他发觉，这是电子的衍射现象，类似于X射线的晶体衍射 。

1927 年，在贝尔实验室，戴维森与革末将低速电子入射于一个镍晶体标靶 。他们细心地测量散射到每个角度的电子强度。他们发觉衍射图案与威廉·布拉格预测的X射线的衍射图案相同。戴维森-革末实验证实了德布罗意假说的正确性。这个实验与康普顿散射实验，证实了量子力学理论的一个基本角柱：波粒二象性。

实验

实验设计图。

在戴维森-革末实验里，一个电子枪连续地射出一束电子，以直角角度，入射在一个镍晶体（垂直于晶体的表面）。电子枪内部的金属丝，在经过加热后，释放出热受激态电子。这些电子经过位势差 V {\displaystyle V\,\!} 的加速，给予了它们动能 e V {\displaystyle eV\,\!} 。在与镍晶体碰撞后，电子会朝各个方向散射出去。使用电子侦测器，可以测量出来电子的散射强度与散射角度的数据关系。在散射角度为 50 ∘ ∘ --> {\displaystyle 50^{\circ }\,\!} 的方向，戴维森与革末发现散射强度特别显著。

布拉格定律( Bragg"s law ) 的方程为

其中， n {\displaystyle n\,\!} 是正值整数， λ λ --> {\displaystyle \lambda \,\!} 是波长， d {\displaystyle d\,\!} 是晶体表面原子与原子之间的距离， θ θ --> {\displaystyle \theta \,\!} 是入射线与晶体平面之间的角度。

散射角度 ϕ ϕ --> {\displaystyle \phi \,\!} 与入射角度 θ θ --> {\displaystyle \theta \,\!} 的关系是

代入布拉格定律方程，则可得到

设定 n = 1 {\displaystyle n=1\,\!} ， d = 0.091 n m {\displaystyle d=0.091nm\,\!} 为镍晶体表面原子与原子之间的距离， ϕ ϕ --> = 50 ∘ ∘ --> {\displaystyle \phi =50^{\circ }\,\!} 。我们可以计算出，波长是 λ λ --> = 0.165 n m {\displaystyle \lambda =0.165nm\,\!} 。这正好是 54 e V {\displaystyle 54eV\,\!} 电子的德布罗意波长。

参阅

光电效应

莫塞莱定律

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