Page 167 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

簇 1 暴露出来的外层轨道电子可能是一个 4s 电子，晶面簇 2 暴露出来的外层轨道电子可能
是一个 3d 电子，晶面簇 3 暴露出来的外层轨道电子可能是另一个 3d 电子…，如此等等。也

就是说，不同的晶面簇对应着不同轨道能级的靶电子或同一轨道能级靶电子的不同状态，所
以，每一个晶面簇对应着一个特定的靶电子和一个特定方向的磁偏转。每一特定方向的磁偏
转可以在感光底片上形成一个“明带”。多个晶面簇所产生的多个“明带”交替排列，构成
了明暗相间的衍射图案。由此可见，不同晶面簇所形成的衍射图案等效于不同轨道能态的靶
电子所形成的衍射图案。
以上分析表明，电子-晶体衍射实际上是入射电子和靶电子的非接触性碰撞散射。两个
－
－
电子碰撞时，首先形成 e -e 电子偶素，然后在电偏转和磁偏转的作用下，其中一个电子被
散射。电偏转是随机偏转，与瞄准距离 b 相关；磁偏转是定向偏转，与靶电子的轨道能态
（或晶面簇）有关，特定的靶电子（或晶面簇）会产生一个特定的散射立体角。散射电子的

出射速度  的大小完全由电偏转所决定，而  的方向则主要由定向磁偏转决定。
a
a
三、电偏转效应和磁偏转效应
一个入射电子和一个靶电子所构成的碰撞体系具有四个可观察的动量：入射电子的空间
动量、入射电子的自旋角动量、靶电子的空间动量和靶电子自旋角动量。空间动量就是通常
所说的动量，自旋角动量是时间动量矩，是时间动量（不可观察量）在欧式空间的反映。这

四个可观察动量都是欧式空间的矢量，可用一个合矢量来表示，即
A  P  L  P  L sb （9.23）
b

a

sa
A 表示碰撞体系的合动量。入射电子的动量 Pυa 的方向是确定的，它指向晶面，可与晶面法
线成一定的角度（即入射角）。入射电子的自旋角动量 Lsa 的空间取向是任意的和各向同性
的，可指向任意方向。靶电子的自旋角动量 Lsb 的空间取向是量子化的，不同轨道能级的靶
电子的 Lsb 的空间取向各不相同，并且 Lsb 与靶原子内生磁场的方向成 54.7°或 125.3°角。
靶电子的动量 Pυb 指向电子轨道的切线方向。入射电子和靶电子碰撞后，碰撞体系的合动量
A 可表示为




A  P  L  P  L sb （9.24）

sa

b
a
P 和 L 分别代表散射电子的动量和自旋角动量，P 和 L 分别代表碰撞后靶电子的动量

a
sa
sb
b

和自旋角动量。碰撞前后体系的合动量的变化可表示为

A   A （9.25）
碰撞





P  L  P  L  碰撞 P  L  P  L sb （9.26）
b

sa

b
sb

a

a
sa
可以把上式写成

P  L sa  P   b L sb  P  L sa  P    b L sb  （9.27）
a
a


这里用符号  表示入射电子和靶电子的相互碰撞。上式可写成

A  A  A  A b （9.28）
b
a
a
其中
A  P  L sa
a
a

A  P  L
b

b
sb
（9.29）


A  P  L sa
a
a

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