ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ/ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ
ಮೂಲದೊಡನೆ ಪರಿಶೀಲಿಸಿ

ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದೂಲಗಳು ತರಂಗ ಚಲನೆಯ ಗುಣವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುವ ಒಂದು ಘಟನೆ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಡಿಫ್ರ್ಯಾಕ್ಷನ್). ವೃತಿಕರಣ, ನಮನ ಮತ್ತು ಧ್ರುವೀಕರಣಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುವಾಗ ಬೆಳಕನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ತರಂಗಗಳ ಪ್ರಸಾರವೆಂದೂ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಕಾಂಪ್ಟನ್ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುವಾಗ ಫೋಟಾನುಗಳ ಚಲನೆಯೆಂದೂ ಭಾವಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಫೋಟಾನುಗಳು ಬೆಳಕಿನ ಕಣಗಳು. ಇವುಗಳಿಗಿರುವ ತರಂಗ-ಕಣ ದ್ವೈತಗುಣದಂತೆ ಭೌತಕಣಗಳಿಗೂ ತರಂಗ-ಕಣ ದ್ವೈತಗುಣವಿದೆಯೆಂದು ಲೂಯಿಡಿಬ್ರಾಯಿ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಸೂಚಿಸಿದ (1924). ಈ ಸೂಚನೆಯಂತೆ ಒಂದು ಕಣದ ಸಂವೇಗಕ್ಕೂ ಅದರ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕೂ ಇರುವ ಸಂಬಂಧವನ್ನು            …….(1)
ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ λ ಕಣದ ತರಂಗಾಂತರ P ಅದರ ಸಂವೇಗ ಮತ್ತು h ಪ್ಲಾಂಕನ ನಿಯತಾಂಕ. ಅತಿ ನಿಧಾನವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಒಂದು ದೂಳಿನ ಕಣದ ತರಂಗಾಂತರ ಕೂಡ ಸಮೀಕರಣ (1)ರ ಪ್ರಕಾರ 10-8Å ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಯಾವುದೇ ಭೌತರಚನೆಯ ಅಡ್ಡಗಲವಾದರೂ ಇದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುವುದರಿಂದ ನಮನ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ಡಿಬ್ರಾಯಿಯ ಸೂಚನೆಯನ್ನು ಸ್ಥಿರಪಡಿಸಲು ತತ್‍ಕ್ಷಣ ಸಾಧ್ಯವಾಗಲಿಲ್ಲ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಜಡಮಾನ 9.1x10-28 ಗ್ರಾಂ 0.10 ವೊಲ್ಟ್ ವಿಭವಾಂತರದ ಮೂಲಕ ಹಾಯ್ದು ಬಂದರೆ ಅವುಗಳ ಸಂವೇಗ (ಮೊಮೆಂಟಂ)1.7x10-19 ಗ್ರಾಂ-ಸೆಂ.ಮೀ.-ಸೆ.-1 ಆಗುತ್ತದೆ. ಇಷ್ಟು ಸಂವೇಗವಿರುವ ಕಣಗಳ ತರಂಗಾಂತರ 3.9Å. ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಒಳ ಸಮತಲದೂರ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಈ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ನೆರವಿನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಮಾಡುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು.

ಚಿತ್ರ-1

1927ರಲ್ಲಿ ಡೇವಿಸನ್ ಮತ್ತು ಜರ್ಮರ್ ಎಂಬುವರು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ನಡೆಸಿದರು. ನಿಕ್ಕಲ್ ಸ್ಫಟಿಕದ ರಚನೆ ಅವರ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಗೆ ಸಹಕಾರಿಯಾಯಿತು. ಇದು ಮುಖಮಧ್ಯ ಘನ ಸ್ಫಟಿಕ (ಫೇಸ್ ಸೆಂಟರ್ಡ್ ಕ್ಯೂಬಿಕ್ ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್). ಇದರ ಘಟಕಕೋಶದ ಎಂಟು ಮೂಲೆಗಳಲ್ಲೂ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಮುಖದ ಮಧ್ಯದಲ್ಲೂ ಪರಮಾಣುಗಳಿವೆ. ಘಟಕಕೋಶದ ಅಂಚಿನ ದೂರ 3.51Å ಇದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದೆ. ಹಾಗೆಯೇ ಒಂದು ಕರ್ಣಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿ ಕತ್ತರಿಸಿರುವ ಸಮತಲವನ್ನು ನೋಡಬಹುದು. ಇದರಲ್ಲಿ ಒಂದು ಪರಮಾಣು ಶ್ರೇಣಿಗೂ ಇನ್ನೂಂದು ಪರಮಾಣು ಶ್ರೇಣಿಗೂ ಇರುವ ಅಂತರ 2.15Å. ಇದನ್ನು ರೇಖಾಂತರ ಜ=2.15Å. ಇರುವ ಒಂದು ಸಮತಲ ರೇಖಾಪಟಲವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು, ಇದರ ಮೇಲೆ ತ್ರಿಕೋನದ ಯಾವುದಾದರೂ ಒಂದು ಬಾಹುವಿಗೆ ಪತನ ಸಮತಲ ಲಂಬವಾಗಿರುವಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಬಿದ್ದರೆ ಅವು ನಮನಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಇದು ಅನುಸರಿಸುವ ಸಂಬಂಧವನ್ನು 

                    ಜsiಟಿθ=ಟಿλ                                                                                  .....(2)
ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ θ ನಮನ ಮತ್ತು ಪತನದೂಲಗಳ ಮಧ್ಯೆ ಏರ್ಪಡುವ ಕೋನ, ಟಿ ಒಂದು ಪೂರ್ಣಾಂಕ. ಡೇವಿಸನ್ ಮತ್ತು ಜರ್ಮರ್ ಅವರ ಪ್ರಯೋಗದ ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ನೋಡಬಹುದು. 

ಚಿತ್ರ-2

ಕಾದ ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್ ತಂತುವಿನಿಂದ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಗೊಂಡು ನಿಕ್ಕಲ್ ಸ್ಫಟಿಕದ ಮೇಲೆ ಬೀಳುತ್ತವೆ. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ನಮನಗೊಂಡ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ತೆರೆಯಲ್ಲಿರುವ ರಂಧ್ರದ ಮೂಲಕ ದರ್ಶಕವನ್ನು ತಲಪುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಮಾಪಕ (ಮೀಟರ್) ವಾಚಕವನ್ನು (ರೀಡಿಂಗ್) ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಯಾವ ಕಾರಣಕ್ಕಾದರೂ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಂಡ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ದರ್ಶಕವನ್ನು ತಲುಪದಂತೆ ತಡೆಯಲು ಅದಕ್ಕೆ ಋಣ ವಿಭವವನ್ನು ಆರೋಪಿಸಲಾಗಿದೆ.
54 ವೋಲ್ಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ನಮನಗೊಂಡಾಗ ದರ್ಶಕವನ್ನು ತಲಪುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಓ(θ) ಮತ್ತು θ ಗಳಿಗಿರುವ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಚಿತ್ರ 3ರಲ್ಲಿರುವ ರೇಖಾಚಿತ್ರ (ಗ್ರಾಫ್) ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. 50ºಯಲ್ಲಿ ಒಂದು ಶೃಂಗವಿದೆ. 54 ವೋಲ್ಟ್ ವಿಭವಾಂತರದ ಮೂಲಕ ಹಾಯ್ದು ಬರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ತರಂಗಾಂತರ ಸಮೀಕರಣ (1)ರ ಪ್ರಕಾರ 1.67Å. ಸಮೀಕರಣ (2)ರ ಪ್ರಕಾರ ಇದು 1.65Å. ಅಗುತ್ತದೆ. ಈ ಎರಡು ಬೆಲೆಗಳು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಅತಿ ಸಮೀಪದಲ್ಲಿದ್ದು ಡಿಬ್ರಾಯಿಯ ಸೂಚನೆಯನ್ನು ಸಮರ್ಥಿಸುತ್ತವೆ.

ಚಿತ್ರ-3

ಜೆ.ಪಿ. ಥಾಮ್ಸನ್ನನು ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಮೂಲಕ ಹಾಯುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ನಮನ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ಮಾಡಿದ (1928). ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಒಳಸಮತಲ ದೂರ ಮತ್ತು ಓರೆಕೋನಗಳಿರುವ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಬ್ರ್ಯಾಗ್ ನಿಯಮ ಕೊಡುತ್ತದೆ. ಈ ನಿಯಮದ ಜ್ಯಾಮಿತಿಕ ನಿರೂಪಣೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ನೋಡಬಹುದು. ಜ ಅಂತರದಲ್ಲಿರುವ ಮಟ್ಟ ಗೆರೆಗಳು ಸ್ಫಟಿಕದ ಸಮತಲಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ.

ಚಿತ್ರ-4

 I1 ಮತ್ತು I2 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪತನದೂಲಗಳು (ಇನ್ಸಿಡೆಂಟ್ ಬೀಮ್ಸ್). ಅವು ಂ ಮತ್ತು ಃ ಯಲ್ಲಿರುವ ಪರಮಾಣುಗಳಿಗೆ ತಾಗಿ ಚದರುತ್ತವೆ. ಬ್ರ್ಯಾಗ್ ನಿಯಮಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಓರೆಕೋನ ಇದ್ದರೆ ಚದರಿದ ದೂಲಗಳು ಸ್ಫಟಿಕ ಸಮತಲಗಳಿಗೆ ಪತನದೂಲಗಳಂತೆಯೆ ಕೋನಗಳನ್ನುಂಟು ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಖ1 ಮತ್ತು ಖ2 ಚದರಿದ ದೂಲಗಳು. ಈ ದೂಲಗಳಿಗಿರುವ ದಾರಿ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಈಃಊ. ರಚನಾತ್ಮಕ ವ್ಯತಿಕರಣ ಸಂಭವಿಸಬೇಕಾದರೆ.
                   ಈಃಊ=ಟಿλ                                             ....(3)
ಅಗಬೇಕು. ಚಿತ್ರದ ಜ್ಯಾಮಿತಿಯಿಂದ
        ಈಃಊ=ಇಃ=2ಜsiಟಿθ                                                .....(4)  
ಎಂದಾಗುತ್ತದೆ. ಈಗ ಬ್ರ್ಯಾಗ್ ನಿಯಮದ ಸಮೀಕರಣ ರೂಪವನ್ನು 
                2ಜsiಟಿθ=ಟಿλ                                              .....(5) 
ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಓರೆಕೋನ ಬಹಳ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ (5)ನ್ನು
                          2ಜθ=ಟಿλ                                       .....(6) 
 ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು.
ಬ್ರ್ಯಾಗ್ ನಿಯಮಕ್ಕೆ ಸರಿಯಾಗಿ ಮಾಲಿಕೊಂಡಿರುವ ಸಮತಲಗಳುಳ್ಳ ಒಂದು ಏಕಸ್ಫಟಿಕದ ಮೇಲೆ ಪತನವಾಗುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಪ್ರತಿಫಲನಗೊಂಡು ಮಾದರಿಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ದೂರದಲ್ಲಿ ಬೊಟ್ಟನ್ನು ಮೂಡಿಸುತ್ತವೆ. ಹಾಗಲ್ಲದೆ ಅವು ಸಣ್ಣ ಸಣ್ಣ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಸಮೂಹದ ಮೂಲಕ ಹಾಯ್ದರೆ ಅಡ್ಡಾದಿಡ್ಡಿಯಾಗಿ ಮಾಲಿಕೊಂಡಿರುವ ಸಹಸ್ರಾರು ಸಮತಲಗಳಿಂದ ಬ್ರ್ಯಾಗ್ ಪ್ರತಿಫಲನಗೊಂಡು ಟೊಳ್ಳು ಬುಗರಿಯ ಆಕಾರದಲ್ಲಿ ಹೊರಕ್ಕೆ ಬರುತ್ತವೆ. 

ಚಿತ್ರ-5

ಅವುಗಳಿಗೆ ಅಡ್ಡವಾಗಿ ಒಂದು ಫೋಟೋಗ್ರಫಿ ತಟ್ಟೆಯನ್ನು ಇಟ್ಟರೆ ಅದರ ಮೇಲೆ ವೃತ್ತಗಳು ಮೂಡುತ್ತವೆ. ಇದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ಕಾಣಬಹುದು. ಆ ವೃತ್ತದ ವ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಐ ಮಾದರಿಗೂ ತಟ್ಟೆಗೂ ಇರುವ ದೂರ ಆಗಿದ್ದರೆ ಸಮೀಕರಣ (6) ರಿಂದ 
                ………..(7)
ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. ಟಿ ತಿಳಿದಿದ್ದರೆ ಜ ತಿಳಿಯುತ್ತದೆ.
  ಥಾಮ್ಸನ್ನನ ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ನೋಡಬಹುದು. ವಿಸರ್ಜನ ಕೊಳವೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗಿ ಃ ಮೂಲಕ ಹಾಯುತ್ತವೆ. ಃ ಯ ಹಿಂಬದಿಯಲ್ಲಿ ಸ್ವಲ್ಪ ದೂರಕ್ಕೆ ಲೋಹದ ಪೊರೆ ಇದೆ. 

ಚಿತ್ರ-6

ಇದು ಸಣ್ಣ ಸಣ್ಣ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಸಮುಚ್ಚಯ. ಫೋಟೋಗ್ರಫಿ ತಟ್ಟೆಯನ್ನು ಕೆಳಕ್ಕೆ ಜಾರಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಮುಂಚೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ನಮೂನೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಶೀಲ (ಫ್ಲೂರಸೆಂಟ್) ತೆರೆಯಮೇಲೆ ನೋಡಬಹುದು. ಈ ನಮೂನೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ನಮನದಿಂದ ಹುಟ್ಟಿದುದೆಂಬುದನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಲು ಥಾಮ್ಸನ್ ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಬಾಗಿಸಿ ತತ್ಫಲವಾಗಿ ನಮೂನೆ ಸ್ಥಳಾಂತರಗೊಳ್ಳುವುದನ್ನು ತೋರಿಸಿದ. 

ಚಿತ್ರ-7

ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೆಳುವಾದ ಚಿನ್ನದ ಹಾಳೆಯ ಮೂಲಕ 30ಞv  ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಹಾಯುವುದರಿಂದ ಮೂಡಿದ ನಮನ ನಮೂನೆಯನ್ನು ನೋಡಬಹುದು. ಮಧ್ಯದ ಬಿಳಿಬೊಟ್ಟು ನಮನಗೊಳ್ಳದೆ ಇರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದುದು. ಮುಂದೆ ಬರೆದಿರುವ ಪಟ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ, ಚಿನ್ನ ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಟಿನಂ ಲೋಹಗಳ ಒಳಸಮತಲ ದೂರಗಳ ಹೋಲಿಕೆಯನ್ನು ಕೊಟ್ಟಿದೆ. 
ಎಕ್ಸ್‍ಕಿರಣ ನಮನ ಮೌಲ್ಯಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಗೆ ತೀರಾ ಹತ್ತಿರವಿದ್ದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ತರಂಗಸ್ವಭಾವವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ತೋರಿಸುತ್ತವೆ.

 ಎಕ್ಸ್‍ಕಿರಣ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ಒದಗಿದ ಒಳಸಮತಲ 
                      ದೊರೆಗಳು

ಲೋಹ

ಎಕ್ಸ್‍ಕಿರಣ ಅಂತರ(Å)

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದೂಲ ಅಂತರ(Å)

ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ

4.046

4.03

ಚಿನ್ನ

4.060

4.09

ಪ್ಲಾಟಿನಂ

3.910

3.89

                                                                                           

    
1982ರಲ್ಲಿ ಇಂಥವೇ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಕಿಕೂಚಿ ನಡೆಸಿದ. ಅಭ್ರಕದ ತೆಳುವಾದ ಏಕಸ್ಫಟಿಕ ಹಾಳೆಗಳ ಮೂಲಕ 10 ರಿಂದ 85 ಞಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಹಾಯಿಸಿ ಅವುಗಳ ನಮನವನ್ನು ಪರಿಕ್ಷಿಸಿದ. ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ 68 ಞಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಕಿಕೂಚಿ ಅಭ್ರಕದ ತೆಳುವಾದ ಹಾಳೆಯ ಮೂಲಕ ಹಾಯಿಸಿ ಫೋಟೋ ತೆಗೆದಿರುವ ನಮನ ನಮೂನೆಯನ್ನು ಕಾಣಬಹುದು.

ಚಿತ್ರ-8

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ನಮನ ಎಕ್ಸ್‍ಕಿರಣಗಳ ನಮನದಂತೆಯೇ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಆಂತರಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಸಹಾಯಕವಾಗಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಇದು ತರಂಗಬಲವಿಜ್ಞಾನದ (ವೇವ್ ಮೆಕನಿಕ್ಸ್) ಬೆಳೆವಣಿಗೆಗೆ ಭದ್ರವಾದ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕಿದೆ.			             					
(ಎಸ್.ಎ.ಎಚ್.)