Развитие метода ядерно-резонансного отражения для исследования магнитных мультислоев (1104591), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рассмотрены особенности возбуждения синхротронным излучениемядерно-резонансных переходов, методика экспериментов при импульсномвозбуждениирезонансныхядерирегистрацииядерно-резонансногорассеяния на временной шкале распада возбужденных состояний. Описанаметодика исследования сверхтонких взаимодействий по квантовым биениямна временных спектрах. Приведены примеры исследований методом ядернорезонансногорассеяниянасинхротронахмагнитныхсвойствиихтемпературных зависимостей, процессов диффузии, а также изменениясвойств материалов под давлением. Описана новая методика исследованиянеупругого ядерно-резонансного рассеяния, активно развиваемая на станциях7ядерно-резонансного рассеяния и позволяющая восстанавливать фононныеспектры исследуемых материалов. Рассмотрены когерентные эффекты врассеянии вперед и при зеркальном отражении от резонансных пленок.Приведены некоторые результаты исследования ультратонких пленокметодом ядерно-резонансной рефлектометрии.Во второй главе диссертации изложена матричная теория отраженияUUмессбауэровского излучения от анизотропных резонансных мультислоев прискользящих углах падения, лежащая в основе пакета компьютерныхпрограмм [4], используемых в дальнейшем для расчетов энергетических ивременных спектров отражения, а также рефлектометрических кривыхядерно-резонансногоособенностиотражения.ядерно-резонансногоПроанализированырассеяния.поляризационныеПоказанарольфазовыхсоотношений для волн, отраженных разными границами раздела, в появленииселективности информации по глубине структуры в энергетических иливременных спектрах отражения.
Рассмотрена применимость метода стоячихволн в рефлектометрии, обеспечивающего дополнительные возможности дляселективных по глубине исследований.Третья глава диссертации посвящена рассмотрению возможностей иUUспособам определения коэффициента самодиффузии в периодических56Fe/57Fe мультислоях по рефлектометрическим кривым ядерно-резонансногоPPPPотражения. Измерение таких кривых осуществляется с помощью временнойфильтрации отраженного сигнала. То есть рефлектометрические кривыеядерно-резонансного отражения это интегральная задержанная по времениинтенсивность отражения, измеряемая в функции угла скольжения (Рис.
1).Очевидно, что ядерно-резонансное рассеяние в отличие от электронногорассеяния «чувствует» изотопную периодичность структур 56Fe/57Fe , так чтоPPPPна кривых ядерно-резонансного отражения от таких структур должныпоявитьсябрэгговскиемаксимумы(Рис. 1).Впоследниегодыпредпринимаются попытки [6-7] исследовать самодиффузию в мультислояхP56Fe/57Fe, оценивая изменения интенсивности этих максимумов на разныхPPPстадиях отжига образцов Im (t) (m – порядок отражения, t – время отжига).8Временные спектры отражения, отн.
ед.Зеркальное отражение, отн.ед.θ = 3.85 мрадМгновенныйоткликИнтегральныйзадержанныйсигнал246θ = 4.5 мрадθ = 5.3 мрадθ = 8.25 мрад8Угол скольжения θ, мрад04080120Время задержки t, нсРис. 1. Рассчитанные кривые рентгеновской рефлектометрии (мгновенныйотклик) и ядерно-резонансного отражения (интегральный задержанныйсигнал) для структуры [56Fe(4 нм)/57Fe(8 нм)]10.
Справа показаны временныеPPPPBBспектры ядерно-резонансного отражения для разных углов скольжения,интеграл от каждого из которых дает одну точку на рефлектометрическойкривой. Резонансный спектр для ядерP57Fe соответствует сверхтонкомуPмагнитному полю Bhf = 32 Т с распределением 3 Т, лежащему в плоскостиBBпленки. Пунктирная линия на спектрах представляет естественный распад,сплошная прямая иллюстрирует ускорение распада.Анализ проводится в простейшем кинематическом приближении сиспользованием хорошо известной в теории рентгеновской дифракцииформулы [8]:⎛⎞ln⎜⎜ Im (t) ⎟⎟ = −2Q2mDt ,⎝ Im (0) ⎠(1)где D – коэффициент диффузии, Q m = 2π m - вектор рассеяния, d – периодdструктуры.Однако,кривыеядерно-резонансногоотражениясущественноотличаются от обычных рентгеновских рефлектометрических кривых, впервую очередь вследствие существенной модификации скорости распада9ядерной подсистемы в условиях когерентного рассеяния и особенностей ихрегистрации.Ядерно-резонансное отражение, норм.1"Интерференционный"пикБрэгговский пикпервого порядкаПолный интегралШиринавременного окна1.0 - 161.4 нс3.0 - 161.4 нс10.2 - 161.4 нсБрэгговский пиквторого порядка023456789Угол скольжения θ, мрадРис.
2. Кривые ядерно-резонансного отражения в зависимости от ширинывременногоокнарегистрациизадержанногоповременисигнала,рассчитанные для структуры [56Fe/57Fe]10.PPPPBBКак видно из рис. 1, начальная скорость распада существенно меняетсяв максимумах отражения, так что в зависимости от «временного окна»регистрации, форма измеряемой кривой ядерно-резонансного отраженияискажается (Рис. 2), а брэгговские максимумы могут принимать двугорбуюформу. Отметим, что в работе [7] наблюдаемое раздвоение максимумовошибочно объяснялось дефектами периодичности в структуре.Отсюда сделан вывод, что использование формулы (1) в случае ядернорезонансного рассеяния неправомерно.
Модельный расчет кривых ядернорезонансного отражения от изотопной периодической структуры на разныхстадиях диффузионного перемешивания слоев Dt=0, 1, 3 нм2 (Рис. 3 в)PPпоказал, что ошибка в определении Dt по интенсивности брэгговскихотражений (Рис. 3 г) зависит от временного окна регистрации и наиболеесущественна для брэгговских максимумов вблизи критического угла полногоотражения, где динамические эффекты максимальны. Динамические эффектыв отражении и, соответственно, ускорение распада ядерной подсистемысущественно зависят от многих параметров, таких как распределение и типы10сверхтонких расщеплений ядерных уровней, плотность резонансных ядер,параметров структуры, наличия поверхностного слоя и т.д., что делаетрефлектометрические кривые ядерно-резонансного рассеяния зависимыми нетолько от распределения плотности резонансных ядер по глубине структуры,но и от всех этих параметров.Концентрациярезонансных ядер, отн.ед.Полный интеграл по времени задержкиа)2Ядерно-резонансное отражение, отн.
ед.DT (nm )=013Период структуры57057Fe5Fe10 15 20 25 150 155 160Глубина z, нмв)кинематикаполный интегралвременное окноI(Dt)/I(0)Интеграл по временному окну 10.2 - 161.4 нс2б)57FeDT (nm )=013Брэгговский пикпервого порядкаБрэгговский пиквторого порядка02Рис.34567Угол скольжения θ, мрад819DT, нмг)2233. а) и б) - изменение кривых ядерно-резонансного отражениявследствие межслойной диффузии, приводящей к размытию профиляраспределения резонансных ядер, изображенного на графике (в); г) –изменение интенсивности брэгговских максимумов первого и второгопорядка в функции параметра Dt, рассчитанное по кинематической формуле(3), а также при анализе рассчитанных теоретических кривых для разныхвременных окон регистрации ядерно-резонансного отражения.В диссертации предложен другой метод определения коэффициентовдиффузии, состоящий в совместной обработке набора временных спектровядерно-резонансногоотражениядля11разныхугловскольженияирефлектометрических кривых ядерно-резонансного отражения.
В результатеудается восстановить реальных профиль распределения резонансных ядер поглубине C t (z) для образцов на разных стадиях отжига. Затем необходимонайти Фурье коэффициенты этих профилей:dC m (t) = 1 ∫ C t (z) eiQmz dz ,d0(3)которые непосредственно определяют искомые коэффициенты диффузии D:Cm (t) − Q 2= e m Dt .Cm (0)(4)Новый подход был опробован для интерпретации экспериментальныхкривыхядерно-резонансногоотраженияот периодическойструктуры[56Fe/57Fe]10, измеренных индийскими коллегами [6] на станции ядерноPPPPBBрезонансного рассеяния Европейского источника синхротронного излученияЯдерно-резонансное отражение(ESRF) в Гренобле (Рис. 4).Рис.
4.Начальное состояниеОтоженное состояние1-ый брэгг1-ый брэгг2-ой брэгг362-ой брэгг936Угол скольжения (мрад)Экспериментальныезадержанныекривые9ядерно-резонансногоотражения для пленки [56Fe/57Fe]10. Заштрихованные области даютPPPPBBинтегральные интенсивности брэгговских максимумов первого и второгопорядка.Поскольку сравнивать абсолютные интенсивности отражения от разныхобразцов довольно сложно, мы воспользовались формулой (1) для сравненияотношения интегральных интенсивностей брэгговских максимумов разныхпорядков на каждой кривой для оценки коэффициента диффузии:12− 6( 2π )2 Dt(I Br2 / I Br1)(t)d.=e(I Br2 / I Br1)(0)(5)Эта оценка коэффициента диффузии дала значение Dt=0.1 нм2.PPДетальный анализ временных спектров и кривых ядерно-резонансногоотражения позволил восстановить параметры сверхтонких взаимодействий ираспределения плотности резонансных ядер по глубине одного периода, какдля каждого типа сверхтонких взаимодействий, так и суммарного профиляраспределения плотности резонансного изотопа (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
