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Le voyage secret des électrons : savez-vous comment les électrons voyagent à travers la matière ?
La diffusion des électrons se produit lorsque les électrons se déplacent de leurs orbites d'origine. Ce phénomène est généralement dû à des interactions électrostatiques au sein du matériau, ou en présence d'un champ magnétique externe, les électrons peuvent être déviés par la force de Lorentz. La diffusion des électrons se produit principalement dans les matériaux solides tels que les métaux, les semi-conducteurs et les isolants, et constitue le facteur limitant les performances des circuits intégrés et des transistors.
La diffusion des électrons couvre de nombreux domaines, de la science fondamentale à la technologie appliquée. Des électrons rapides dans les microscopes électroniques aux systèmes hadroniques à très haute énergie, la technologie de diffusion des électrons peut être utilisée pour mesurer la distribution de charge des noyaux et de leurs structures.
Dans les matériaux solides, les électrons peuvent se disperser de plusieurs manières : diffusion nulle, où l'électron passe en ligne droite sans être affecté du tout ; diffusion simple, lorsque l'électron se disperse une seule fois ; diffusion multiple, lorsque l'électron se disperse plusieurs fois ; et diffusion multiple, lorsque l'électron se disperse plusieurs fois. Lorsque les électrons sont diffusés plusieurs fois. La probabilité de diffusion des électrons et le degré de diffusion sont des fonctions de probabilité de l'épaisseur de l'échantillon et du libre parcours moyen. Ces propriétés fondamentales permettent aux scientifiques d’approfondir la structure microscopique de la matière dans de nombreux domaines.
Histoire de la diffusion des électrons
Le concept d'électron a été proposé pour la première fois par le philosophe naturel Richard Laming entre 1838 et 1851, qui a émis l'hypothèse d'une particule subatomique avec une seule charge et a décrit les atomes comme des « particules électriques » entourant un noyau de matière. couche". Ce n’est cependant qu’en 1897 que J.J. Thomson fut largement reconnu comme le premier scientifique à avoir découvert l’électron. Plus tard, avec les contributions de nombreux scientifiques tels que George Johnston Stoney et Emil Victor, la théorie des particules chargées a été progressivement améliorée et reconnue.
La diffusion Compton a été observée pour la première fois en 1923 par Arthur Compton à l'Université Washington de Saint-Louis, pour laquelle il a remporté le prix Nobel de physique en 1927. Cette découverte a considérablement fait progresser notre compréhension des propriétés fondamentales de la lumière. comprendre.
Le phénomène de diffusion des électrons
La diffusion des électrons par des champs électriques ou magnétiques peut être décrite très précisément à l'aide de la théorie de l'électrodynamique quantique. Dans ce contexte, la force de Lorentz est le principal sujet d'enseignement aux étudiants. Cette force décrit le comportement des particules chargées dans les champs électriques et magnétiques. La formule peut être exprimée comme :
F = qE + q(v × B)
Parmi eux, qE est la force électrique exercée sur la particule q par le champ électrique E, et q(v × B) est la force magnétique générée par le champ magnétique B lorsque la particule q se déplace à une vitesse v. L’existence de cette formule explique plus en détail comment les électrons se déplacent dans différents environnements physiques et interagissent avec d’autres particules.
Collisions entre électrons et particules
L'interaction entre deux particules peut être distinguée par la diffusion élastique et inélastique. Dans la diffusion élastique, la collision entre les particules préserve l'énergie cinétique totale, ce qui signifie que les états internes des deux particules restent inchangés ; dans la diffusion inélastique, l'énergie cinétique n'est pas préservée et les états internes des particules peuvent changer, ce qui entraîne une perte d'énergie. conversion. en d'autres formes, telles que la chaleur ou les ondes sonores.
Lorsque les collisions entre particules peuvent impliquer des changements structurels dans divers sens, cela constitue non seulement la base de la physique électronique, mais également la pierre angulaire de la technologie moderne.
Conclusion
La science et la technologie nous permettent de mieux comprendre les différents comportements des électrons et de savoir comment utiliser ces connaissances pour promouvoir le développement de nouvelles technologies. Cependant, dans ce vaste univers physique, quels voyages électroniques inconnus nous attendent pour être explorés dans le futur ?
