Difraksi Elektron
Nhingz, BLOG--Ketika diteliti kembali kelihatannya
agak ganjil bahwa sekitar dua puluh tahun berlalu antara penemuan partikel dari
gelombang dalam tahun 1905 dan spekulasi bahwa partikel dapat menunjukkan sifat
gelombang dalam tahun 1924.
Namun, harus disadari mengusulkan suatu hipotesis
revolusioner untuk menerangkan data yang tadinya penuh misteri adalah lain dengan mengajukan
hipotesis yang sama – sama revolusioner dalam ketiaadan mandate eksperimental
yang kuat.
Hal
kedua inilah yang dilakukan de Broglie pada tahun 1924 ketika ia mengusulkan
bahwa materi mempunyai sifat gelombang disamping partikel. Iklim intelektual
yang ditimbulkan oleh pengertian yang diajukan de Broglie yang segera menarik
perhatian pada permulaan abad itu, sangat berbeda dengan teori kuatum yang
diajukan oleh plank dan Einstein yang hamper tidak menimbulkan reaksi walaupun didukun
secara empiris.
Keberadaan
gelombang de Broglie secara eksperimental di tunjukkan orang dalam tahun 1927, dan prinsip dualitas yang
dinyatakannya merupakan titik pangkal dari perkembangan mekanika kuantum oleh
schrodinger dalam tahun tahun berikutnya. Pada tahun 1927 terjadi eksperimen
davisson dan germer yang disebabkan oleh hipotesa de Broglie tentang difraksi
elektron.
KONSEP
A.
DIFRAKSI
Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau
pembelokan cahaya pada saat melintas melalui celah atau ujung penghalang atau
biasa dikatakan bahwa difraksi pelenturan cahaya oleh tepian suatu benda kedap,
terjadi jika sebua benda yang tidak tembus pandang (kedap) diletakkan di antara
sumber cahaya dan layar sedemikian rupa sehingga benda itu menyisahkan tempat
untuk dilewati oleh cahaya dari sumber
sehingga jatu ke layar.
Difraksi merupakan metode yang
unggul untuk memahami apa yang terjadi pada level atomis dari suatu material
kristalin. Sinar X, elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang
sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok
untuk menginvestigasi(penyelidikan dan penelitian tentang suatu masalah dengan
cara mengumpulkan data dilapangan) material Krista lin. Teknik difraksi
mengeksploitasi(mengusahakan) radiasi yang terpantul dari berbagai sumber
seperti atom dan kelompok atom dalam kristal.
Ada beberapa macam difraksi
yang dipakai dalam studi material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron(partikel
inti atom yang tidak bermuatan) dan
difraksi elektron. Namun yang sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan
elektron. Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai
jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan
orientasi(peninjauan) dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur
kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara
tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal.
Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi
ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak
terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering).
B.
ELEKTRON
Elektron
adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki
komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia
dipercayai sebagai partikel elementer.
Elektron memiliki massa sekitar
1/1836 massa proton. Momentum sudut
(spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan h yang berarti bahwa ia
termasuk fermion(zara atau electron, proton atau neutron yang mematuhi fungsi
distribusi Fermi- direc dalam pendistribusiannya). Antipartikel elektron disebut sebagai positron(electron
dengan muatan positif) yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif.
Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat
saling berhambur ataupun musnah total,
menghasilan sepasang (atau lebih) foton(kuantum radiasi elektromagnetik) sinar
gama(sinar sebagai hasil radiasi elektromagnetik yang mempunyai daya rambat
besar seperti sinar x berasal dari inti atom radioaktif.
Menurut teorinya, kebanyakan
elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar),
namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun
dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki
atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun
dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium
modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual.
Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam
mikroskop electron, terapi radiasi, dan
pemercepat partikel.
Elektron yang termasuk ke
dalam generasi keluarga partikel lepton
pertama, berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi
lemah. Sama seperti semua materi,
elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel
lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua
elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan
asas pengecualian Pauli.
C. EKSPERIMEN DAVISSON DAN GERMER
Eksperimen yang memperlihatkan keberadaan
gelombang de Broglie. Pada tahun 1927 davisson dan germer di amerika serikat dan G. P. Thomson di inggris secara bebas meyakinkan
hipotesis de Broglie dengan menunjukkan berkas electron terdifraksi jika berkas
itu dihamburkan oleh kisi(segi empat kecil ) atom yang teratur dari suatu
Kristal.
Davisson
dan germer mempelajari electron yang terhambur oleh zat padat dengan memakai
peralatan seperti bedil electron(
penembak sinar /berkas), Kristal tunggal nikel, detector electron .
Seluruh rangkaian percobaan ditempatkan dalam
ruang yang dapat divakumkan. Adapun langkah-langkahnya adalah :
· Suatu penembak elektron menghasilkan
berkas elektron terkolimasikan(proses perubahan berkas cahaya yang berpencaran
menjadi satu berkas sejajar). Berkas tenaga kinetik elektron dalam berkas diatur
dengan mengatur besar potensial bedil elektron.
· Berkas electron diarahkan pada sasaran(target) yang terbuat
dari bahan nikel. Elektron yang dihambur oleh sasaran ini kemudian dikumpulkan
oleh kolektor, yang juga sekaligus menjadi detektor arus elektron. Kolektor
dapat di ubah-ubah kedudukannya sehingga
dapat diperoleh pengamatan besar arus kolektor sebagai fungsi sudut hambur.
Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhanbur akan muncul dalam
berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap
sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer. Dengan memakai
blok nikel sebagai target davisson dan garmer membuktikan ramalan itu.
·
Pada
awal percobaannya Davison dan Germer menggunakan bahan curah, yang hasilnya
tidak spektakuler. Jumlah elektron yang terhambur senantiasa berkurang apabila
sudut hamburan diperbesar.
·
Pada
saat percobaan dinding vakum mengalami kerusakan, sasaran nikel yang ada pada
saat itu berada pada suhu yang tinggi teroksidasi(proses penyatuan suatu zat
dengan oksigen) oleh udara yang memasuki sistem vakum. Setelah peralatan
diperbaiki cuplikan nikel kemudian direduksi(dipanaskan) dalam oven yang
bertemperatur tinggi setelah target di panaskan target dikembalikan kedalam
peralatan dan pengamatan dilanjutkan. Reduksi ini menghilangkan lapisan oksida
yang terbentuk pada saat permukaan nikel teroksidasi karena kehadiran udara
dalam sistem vakum(kosong/hampa udara).
·
Ketika
percobaan diulangi kembali ternyata diperoleh hasil yang sangat berbeda.
Elektron yang dihambur menunjukkan suatu pola hamburan yang sangat bergantung
pada sudut hambur. Terlihat bahwa dengan
adanya perubahan sudut hambur terjadi maksimum dan minimum dari jumlah elektron
yang terhambur. Pola hamburan itu menunjukkan bahwa berkas elektron mengalami
difraksi ketika bertumbukan dengan permukaan nikel.
Hipotesa de Broglie mendorong tafsiran bahwa
gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar x didifraksikan
oleh bidang – bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini mendapat dukungan setelah
disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok nikel pada temperature tinggi
menyebabkan kristal individual kecil yang membangun blok tersebut bergabung
menjadi kristal tunggal yang besar yang atom- atomnya tersusun dalam kisi yang
teratur.
Untuk membuktikan bahwa hipotesa de Broglie
penyebab dari hasil davisson dan germer, pada suatu percobaan tertentu berkas
elektron 54eV diarahkan tegak- lurus pada target nikel, dan maksimum yang tajam
dalam distribusi elektron terjadi pada sudut 50 0
dari berkas semula. Sudut datang dan sudut
hambur relative terhadap suatu keluarga bidang( tersusun atas berkas elektron,
bidang dan sudut) bragg ditunjukkan dalam gambar 1 keduanya bersudut 65 0
.
Jarak antara bidang dalam keluarga bidang yang bisa diukur melalui difraksi
sinar x adalah 0,091 nm persamaan bragg untuk maksimum dalam pola difraksi
ialah:
nλ
= 2d sinθ
Gambar 1 : eksperimen davisson dan
Germer.
Di sini d = 0,091nm dan θ = 65 0
,
dengan menganggap n = 1, panjang gelombang de Broglie λ dari elektron yang terdifraksi adalah
Sekarang kita menggunakan rumus de
Broglie
Untuk menghitung panjang gelombang
elektron yang diharapkan. Energi kinetic
54eV kecil dibandingkan dengan energy diam m 0
C 0
yaitu sebesar 5,1 × 10 5 eV ,
sehingga kita dapat mengabaikan efek
relativistic. Karena
Gambar 2 difraksi gelombang de Broglie
oleh target merupakan penyebab dari hasil davisson dan Germer.
K = 1 2 mv 2
Maka momentum elektron
itu mv ialah
0 comments:
Posting Komentar