EKSPERIMEN DIFRAKSI ELEKTRON OLEH DAVISSON DAN GERMER

Nama                          : Reo Ramandha
Nim                             : 321200062
Kelas                           : A Sore
Semester                     : VI
Mata Kuliah              : E-Learning

EKSPERIMEN DIFRAKSI ELEKTRON OLEH DAVISSON DAN GERMER

Tujuan : Dengan simulasi Phet yang diberikan kepada siswa, siswa dapat mensintesis eksperimen difraksi elektron dan hipotesa De Broglie

Bentuk kisi yang dapat mendifraksikan elektron yaitu kisi yang memiliki keteraturan dan tersusun secara periodik, seperti halnya kisi pada kristal. Berkas sinar monokromatik yang jatuh pada sebuah kristal akan dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-atom, pada arah tertentu gelombang hambur itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lainnya berinterferensi destruktif.

Sebagaimana telah dijelaskan di atas syarat terjadinya difraksi adalah apabila panjang gelombang sinar sama dengan lebar celah/kisi difraksi dan perilaku gelombang ditunjukkan oleh beberapa gejala fisis, seperti interferensi dan difraksi. Namun manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam perilaku partikel newtonian adalah gejala difraksi.

Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh kristal dengan menggunakan peralatan. Dengan mengamati energi elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah, dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.

Manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam kelakuan partikel Newtonian ialah gejala difraksi. Dalam tahun 1927 Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan dalam percobaanya Davisson dan Germer secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukan berkas elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi 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 .

Gambar 1. Peralatan Eksperimen Davisson dan Germer

Seluruh rangkaian percobaan ditempatkan dalam ruang yang dapat divakumkan. Adapun langkah-langkahnya adalah :

·    Suatu penembak elektron menghasilkan berkas electron. Berkas tenaga kinetik elektron dalam berkas diatur dengan mengatur besar potensial bedil elektron.

Gambar 2. Skema peralatan ekpserimen Davisson dan Germer

·   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.

Gambar 3. Elektron di tembakkan ke logam nikel

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 500 dari berkas semula. Sudut datang dan sudut hambur relatif terhadap suatu keluarga bidang (tersusun atas berkas elektron, bidang dan sudut) bragg ditunjukkan dalam gambar 1 keduanya bersudut 650. Jarak antara bidang dalam keluarga bidang yang bisa diukur melalui difraksi sinar x adalah 0,091 nm persamaan bragg untuk maksimum dalam pola difraksi.

Panjang gelombang yang dihitung sesuai dengan panjang gelombang yang diamati. Jadi eksperimen Davisson dan Germer menunjukkan bukti langsung dari Hipotesis de Broglie tentang sifat gelombang benda bergerak. Analisis eksperimen Davisson-Germer sebenarnya tidak langsung seperti yang ditunjukkan di atas karena energi elektron bertambah ketika elektron itu masuk ke dalam kristal dengan besar yang sama dengan besar fungsi kerja (work function) permukaan itu. Jadi kecepatan elektron dalam eksperimen lebih besar dalam kristal dan panjang gelombang de Broglie yang bersangkutan menjadi lebih kecil dari harga di luar kristal.

Komplikasi lainnya timbul dari inferensi antara gelombang yang didifraksikan oleh keluarga lain dari bidang bragg yang membatasi terjadinya maksimum dan minimum menjadi hanya kombinasi tertentu dari energy elektron dari sudut pandang sebagai pengganti dari setiap kombinasi yang memenuhi persamaan Bragg.