Диссертация (1149512)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЧжо Зо ЛинИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ МАГНИТНЫХ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕЖЕЛЕЗА И КОБАЛЬТА МЕТОДОМ НЕЙТРОННОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ01.04.07 – физика конденсированного состоянияДиссертация на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукНаучный руководителькандидат физико-математических наук,доцент Сыромятников В. Г.Санкт-Петербург 2016ОглавлениеВведение ....................................................................................................................... 3Глава 1 ........................................................................................................................ 101.1. Отражение нейтронов от границы раздела двух бесконечных сред................................
111.2. Нейтронные поляризующие многослойные периодические наноструктуры ................. 131.2.1. Многослойный монохроматор-поляризатор Fe/Ag .................................................................................181.2.2. Многослойный монохроматор-поляризатор NiFe/V ................................................................................201.2.3.
Нейтронный многослойный Co/Ti монохроматор-поляризатор .............................................................231.3. Нейтронное магнитное зеркало FeCo ................................................................................. 271.4. Нейтронные поляризующие многослойные апериодические наноструктуры(суперзеркала) ..............................................................................................................................
291.4.1. Нейтронное поляризующее Fe/Al суперзеркало ......................................................................................331.4.2. Многоканальный нейтронный поляризатор на основе суперзеркала FeCoV/TiZr-TiZrGd ..................361.4.3. Поляризующее суперзеркало Co/Ti ...........................................................................................................371.4.4. Поляризующее суперзеркало Fe/Si ............................................................................................................381.5. Выводы ..................................................................................................................................
39Глава 2 ........................................................................................................................ 412.1. Принципы нейтронных рефлектометрических экспериментов ....................................... 412.1.1. Краткое описание метода нейтронной рефлектометрии .........................................................................412.1.2. Поляризационная нейтронная рефлектометрия .......................................................................................462.2. Время пролетная методика .................................................................................................. 482.2.1.
Время-пролетный рефлектометр REFSANS .............................................................................................552.3. Метод с фиксированной длиной волны .............................................................................. 582.3.1. Рефлектометр NREX ..................................................................................................................................622.4.
Комбинированные рефлектометры ..................................................................................... 652.4.1. Комбинированный нейтронный рефлектометр НР-4М ...........................................................................662.4.2. Обработка экспериментальных данных и статистические ошибки ........................................................74Глава 3 ....................................................................................................................... 783.1. Экспериментальные исследования многослойных наноструктур методом нейтроннойрефлектометрии ...........................................................................................................................
7813.2. Исследование магнитной многослойной Fe /Co наноструктуры методом нейтроннойрефлектометрии ........................................................................................................................... 783.2.1. Традиционный вариант полного нейтронного поляризационный анализа на примере рефлектометраНР-4М. ....................................................................................................................................................................943.2.2. Новый вариант полного нейтронного поляризационного анализа .........................................................973.3. Расчетное и экспериментальное исследование многослойных периодическихнаноструктур на основе железа и кобальта .............................................................................
1003.4. Моделирование процесса отражения нейтронного пучка от мультимонохроматора-биполяризатора на основе Fe/Co. ........................................................................................ 1093.5. Калибровка юстировочных столиков нейтронного рефлектометра НР-4М. ................
1143.6. Выводы ................................................................................................................................ 117Заключение по результатам диссертационной работы .................................. 119Список литературы ............................................................................................... 1212ВведениеАктуальность темы. Растущий интерес к поверхности и к слоистым, многослойнымструктурам в последние годы привел к значительному росту числа экспериментов сиспользованиемтакогонеразрушающегометодаисследованиякакнейтроннаярефлектометрия. Интерес к поверхности не в последнюю очередь мотивируетсянанотехнологиями, т.к. чем меньше объекты, тем большую роль играют приповерхностныеобласти, в более общем смысле – межфазовые границы.
Несомненно, нейтроннаярефлектометрия играет уникальную роль не только при исследовании межфазовых границ,но и при исследовании слоистых, многослойных наноструктур, которые находят все большееприменение в электронной и оптической промышленности, при решении чисто научныхзадач, в частности, при создании уникального научного оборудования. Рефлектометрияполяризованныхнейтроновоказаласьнезаменимойприисследованиимагнетизмаприповерхностных областей, магнетизма слоистых многослойных наноструктур – из-завысокой чувствительности, как к величине, так и к направлению намагниченности слоев.Зеркальное и незеркальное рассеяние неполяризованных нейтронов на магнитных слоистыхструктурах определяется глубинными профилями и латеральными зависимостями ядерного имагнитного потенциала.
Это позволяет исследовать не только морфологические и магнитныеособенности этих структур (в т.ч. межслойных или приповерхностных областей), но икорреляции между этими особенностями. В связи с вышеизложенным, тема данной работыявляется актуальной и практически значимой.В последние годы заметно вырос интерес в мировом научном сообществе кисследованиям структурных и магнитных свойств ММН с помощью нейтроннойрефлектометрии. Это связано с тем, что нейтронная рефлектометрия несмотря насущественно более низкие плотности, используемых нейтронных потоков по сравнению синтенсивностями рентгеновского и тем более синхротронного излучений, обладают рядомпреимуществ по сравнению с этими видами излучений, используемыми в рефлектометрии.Одно из этих преимуществ состоит в том, что длины ядерного когерентного рассеянияне зависят от порядкового номера элемента, и они даже отличаются для изотопов одного итого же элемента.
Это значит, что оптический контраст (или разность нейтронно-оптическихпотенциалов) между слоями из этих материалов, от которого зависит коэффициентотражения, будет заметным. Это позволяет проводить исследования с использованием3большего количества материалов, используемых при создании ММН по сравнению срентгеновской рефлектометрией, где величина контраста зависит от разности порядковыхномеров элементов.
В этом случае для получения заметного коэффициента отраженияпредпочтительно использовать только ММН, состоящие из «легких» и «тяжелых»элементов. Другим преимуществом является наличие у нейтрона спина, что, приводит кзависимости показателя преломления пленки от ее магнитной индукции и от ориентацииэтого вектора относительно спина нейтрона, падающего на образец. Зависимость магнитнойиндукции от координаты перпендикулярной плоскости образца ММН, вообще говоря,неоднородна,аспомощьюполяризованныхнейтронов,врефлектометрическомэксперименте можно восстановить это распределение. Таким образом, поляризационнаянейтронная рефлектометрия позволяет характеризовать послойное распределение не толькоядернойплотности,ноивекторанамагниченности,включаясложныеслучаинеколлинеарных распределений этого вектора в магнитных ММН.Цель диссертационной работы заключалась в систематическом изучении процессаотражения нейтронов от многослойных периодических магнитных наноструктур на основежелеза и кобальта методом нейтронной рефлектометрии.В качестве объектов изучения использовались:1.Многослойная периодическая магнитная Fe/Co наноструктура из 20 пар слоев.2.Модельные многослойные периодические наноструктуры Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta,Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si.3.Модельная мультиструктура на основе железа и кобальта.В соответствии с целью исследования были поставлены следующие основные задачи:Изучить процесс отражения нейтронного пучка от многослойной периодическоймагнитной Fe/Co наноструктуры.
Провести исследование поведения Брэгговских4максимумов первого порядка для обеих спиновых компонент нейтронного пучка взависимости от внешнего магнитного поля.Провестимоделированиепроцессаотражениянейтронногопучкаотмногослойных периодических магнитных наноструктур: Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta,Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si. Исследовать Брэгговские максимумы первого порядка для (+)и (-) спиновых компонент нейтронного пучка.Провестирасчетыкоэффициентовотраженияотмультимонохроматора-поляризатора на основе Fe/Co.Провести калибровочные измерения движений перемещений и поворотовюстировочных столов образца, анализатора и детектора нейтронного рефлектометраНР-4М в рамках его модернизации.Научная новизна работы состоит в представлении новых экспериментальныхрезультатов и сформулированных на их основе научных заключениях. Ниже перечисленынаиболее важные из них.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
