dalelių difrakcija

elektronų difrakcijos nuo aliuminio ir vario lydinio monokristalinės plėvelės vaizdas

dalẽlių difrãkcija, elektronų, neutronų, atomų ar kitų mikroskopinių dalelių sklaida dujose, skysčiuose, kristaluose, kai iš kritusio (pirminio) dalelių pluošto susidaro papildomi pluoštai. Jų kryptis ir intensyvumas priklauso nuo sklaidančiojo objekto (pvz., kristalo) sandaros. Dalelių difrakciją paaiškina kvantinė mechanika. Pagal ją, dalelių prigimtis yra dvilypė (bangos ir dalelės dualumas), pvz., elektronams būdingos ir bangų, ir dalelių savybės. Dalelės, kurios masė m, greitis v, judesio kiekis p = mv, laisvąjį judėjimą galima nusakyti kaip plokščiosios monochromatinės bangos, kurios ilgis λ = h/mv, arba jei v nedidelis, λ = $\frac{h}{\sqrt{2\mathit{mE}}}$ (de Broglie’io sąlyga; h – Plancko konstanta, E – dalelės energija), sklidimą dalelės judėjimo kryptimi. Dalelių difrakcijai būdingi visi bangų difrakcijos principai. Bendroji dalelių difrakcijos sąlyga: krintančios bangos ilgis λ ≤ d; čia d – atstumas tarp sklaidančiųjų centrų (kristalo atomų).

Lėtieji elektronai (juos greitinanti įtampa U ~ 100 V) su λ ~ 1 Å gali difraguoti kristale, nes atstumas d tarp kristalo atomų apytiksliai keli angstremai. Atomai sudaro erdvinę difrakcijos gardelę elektronams. Difrakcinis vaizdas – centrinė dėmė (pirminio dalelių pluošto pėdsakas), kitos dėmės – difrakciniai maksimumai, susidarę atsispindint dalelėms nuo skirtingų kristalografinių plokštumų. Greitieji elektronai (U iki dešimčių kV) gali difraguoti eidami pro ploną metalo foliją. Fotografinėje plokštelėje, padėtoje už folijos, susidaro keletas bendracentrių žiedų aplink centrinę dėmelę, kuri atitinka tiesiai praėjusių elektronų pėdsaką (pav.). Atomai arba molekulės (termodinaminėje temperatūroje T jų de Broglie’io bangos ilgis λ = h/$\sqrt{3\mathit{MkT}}$; čia M – atomo masė, k – Boltzmanno konstanta) praktiškai neįsiskverbia į kristalą, o difraguoja jo paviršiuje kaip plokščiojoje gardelėje. Neutronų bangai pailginti neutronų pluoštas iš branduolinio reaktoriaus leidžiamas pro lėtintuvą, laikomą žemoje temperatūroje. Tokie sulėtinti neutronai monochromatizuojami ir nukreipiami į monokristalą. Difragavę neutronai registruojami fotografinėmis priemonėmis arba skaitikliais. Dalelių difrakcijos atradimas įrodė dvilypę dalelių prigimtį, vėliau tapo svarbiu medžiagos sandaros tyrimo metodu (elektronografija, neutronografija).

Elektronų difrakciją 1927 atrado C. J. Davissonas ir L. H. Germeris.

-elektronų difrakcija