Диссертация (1149512), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Так же преставленырезультаты калибровки юстировочных столиков нейтронного рефлектометра НР-4М.3.2. Исследование магнитной многослойной Fe /Co наноструктуры методом нейтроннойрефлектометрииВ данном разделе представлены многослойный монохроматор-поляризатор Fe/Ag (длясравнения) и экспериментальные результаты исследований многослойной периодической78магнитной Fe/Co наноструктуры методом нейтронной рефлектометрии. В работе приведеныэкспериментальныеирасчетныекоэффициентыотражениянейтронногопучкаотмногослойной периодической магнитной Fe/Co наноструктуры в зависимости от переданногоимпульса для нескольких величин магнитного поля и для обеих спиновых компонент пучка.В настоящее время в нейтронно-физических приборах, таких как нейтронныеполяризационные рефлектометры, установках для исследования малоуглового рассеянияполяризованных нейтронов, используются многослойные нейтронные монохроматорыполяризаторы, такие как Fe/Ag [6] и Co/Ti [8] с чередующихся слоями магнитного инемагнитного материала.

Они могут отражать монохроматический поляризованныйнейтронный пучок либо со спином вниз, либо со спином вверх. Схема такого нейтронногозеркального монохроматора-поляризатора и распределение потенциала по его глубинепредставлена на Рис.37.магнитныйслойdНейтронная волна12ПодложкаНемагнитныйслойVV1+Cпин вверхVподложкиV2ZVСпин внизV1V2VподложкиZРис. 37. Схема многослойной периодической магнитной наноструктуры и распределения нейтроннооптических потенциалов структуры для двух ориентаций спина нейтрона.Магнитные слои 1 и немагнитные слои 2 характеризуются нейтронно-оптическимипотенциалами V1 и V2 :79V1 2 2 bc1  pm1   1mn,V2 2 2  bc 2   2mn(47)где m n – масса нейтрона;   h 2 ; h - постоянная Планка; bc1 и bc 2 - длины когерентногоядерного рассеяния магнитного слоя 1 и немагнитного слоя 2, соответственно; p m1 - длинакогерентного магнитного рассеяния магнитного слоя 1;единицеобъемамагнитногоf1  bc1  pm1   1 ислояf 2  bc 2   21и1инемагнитного2- количество атомов вслоя2,соответственно;– плотность длины когерентного рассеяниямагнитного слоя 1 и немагнитного слоя 2, соответственно.

Знаки (+) и (-) для магнитногослоя соответствуют параллельной и антипараллельной ориентации спина нейтрона поотношению к направлению вектора магнитной индукции в слое. Величина p m1 находится изсоотношения:pm1 где C C1B1 ,(48)mn n,  n - магнитный момент нейтрона, B1 - магнитная индукция слоя 1.2  2Многослойную периодическую структуру можно представить как одномерныйискусственный кристалл с постоянной решетки d .

В этом случае отраженная интенсивностьбудет иметь максимумы при выполнении условия Брэгга [3]:m  2d sin (49)где, m - порядковый номер Брэгговского максимума,  - длина волны нейтрона, d величина периода структуры,  - угол скольжения нейтронного пучка.Коэффициент отражения нейтронной волны от многослойной периодической структурыдля Брэгговского максимума m-го порядкаприближении [5]:80R Bm ,полученного в кинематическомRBm Fгде,R Bm 24 N 2d 4 F 2(50)m2sin ms    f1  f 2 m 2(51)- коэффициент отражения m -ого Брэгговского максимума для (+) и (-) спиновыхкомпонент нейтронного пучка, соответственно, N - число пар слоев, m – порядковый номерБрэгговского максимума, d – величина периода структуры, F  - структурный фактор бислоядля (+) и (-) спиновых компонент нейтронного пучка, соответственно,sd1,d1  d 2 d  d1  d 2 , d1 и d 2 - толщины магнитного слоя 1 и немагнитного слоя 2, соответственно,f1 и f 2 - плотности длины когерентного рассеяния магнитного слоя 1 и немагнитного слоя2, соответственно.Как следует из (50, 51), чтобы получить высокий коэффициент отраженияR B1отмногослойной периодической наноструктуры для Брэгговского максимума 1-го порядка для(+) спиновой компоненты нейтронного пучка при заданных значениях N иd необходимоподобрать материалы слоев так, чтобы обеспечить большую разницу между плотностямидлин когерентного рассеяния f1 и f 2 .

Для создания высокоэффективного монохроматораполяризатора вместе с высоким значением R B1 необходимо получить также высокоезначение поляризующей эффективности P B1 для Брэгговского максимума 1-го порядка. Дляэтого величину коэффициента отражения R B1 для (-) спиновой компоненты нейтронногопучка необходимо минимизировать, т. к. P B1 определяется из соотношения:RB1  RB1PB1  RB1  RB1(52)81Для минимизации R B1 , как следует из (50, 51), требуется обеспечить возможноменьшую разницу между величинами f1 и f 2 .В качестве иллюстрации такого подхода на Рис.38 представлены расчетные кривыекоэффициентов отражения нейтронного пучка от многослойной периодической магнитнойFe/Ag наноструктуры [6] в зависимости от переданного импульса для обеих спиновыхкомпонент пучка. На этих кривых положения Брэгговских максимумов 1-го порядка QВ1 иQВ1 для (+) и (-) спиновых компонент нейтронного пучка определяются из соотношенийБрэгга, полученных с учетом рефракции и малости угла скольжения:2 Q гр1  Q гр2 2  d1d112 Q QB1 Q B1  B1 2 Q гр1  Q гр2 2  d1d112 Q QB1 Q B1  B1 Q гр1 4  bc1  pm1   1,2(53)2Q гр2  4   bc 2   2(54)(55)где, Qгр1 и Qгр1 – граничные переданные импульсы слоя железа для (+) и (-) спиновыхкомпонент нейтронного пучка, соответственно, Qгр 2 – граничный переданный импульс слояниобия, d1 и d 2 – толщины слоев железа и ниобия, соответственно.

Как известно, граничныйпереданный импульс связан с граничной длиной волны соотношением:Q гр 4гр.(56)8210 пар слоев Fe(108A)/Ag(86A)100RR10-110-210-310-4R0.010.020.03Qz , A0.04+-0.05-1Рис. 38. Расчетные кривые коэффициента отражения нейтронного пучка от многослойнойпериодической магнитной Fe/Ag наноструктуры в зависимости от переданного импульса для обеихспиновых компонент пучка.Из кривых представленных на Рис.38 видно, что коэффициент отражения для (+)спиновой компоненты нейтронного пучкаRB1высок и близок к единице, так как структураFe/Ag обладает большой разностью плотностей длин когерентного рассеянияfслоев f Fe  f Ag  9.66 *10 6 Å-2 (50, 51).

Коэффициент отражения для (-) спиновойкомпоненты нейтронного пучкаRB1 , напротив, очень низок из-за малой разностиf   f Fe  f Ag  0.54 *10 6 Å-2 (50, 51). Также видно, что положения Брэгговскихмаксимумов первого порядка QB сдвинуты друг относительно друга и44= 0.0385 Å-1 и QB   = 0.0328 Å-1 немногоВВQB > QB .

Это следует из (53-55), т.к. Qгр Fe > Qгр Fe .83Постановка задачиВ отличие от нейтронных многослойных монохроматоров-поляризаторов Fe/Ag иобсуждаемых в работе [48], исследуемая нами многослойная периодическая магнитная Fe/Coнаноструктура состоит только из магнитных слоев - 20 пар чередующихся магнитных слоевжелеза и кобальта. Периодическая структура была приготовлена в ПИЯФ методоммагнетронного напыления на стеклянной подложке.

На Рис.39 показана схема многослойнойпериодической магнитной Fe/Co наноструктуры и параметры ее слоев.θFeCoFeCoСтеклоПараметры FeCod (Å)9583ρ (1022см-3)8.58.97bc (10-12см)0.9450.249pm (10-12см)0.60.47Рис. 39. Схема многослойной периодической магнитной Fe/Co наноструктуры и ее параметры.Потенциал каждого слоя пропорционален плотности длины когерентного рассеяния(47). Соотношения для fи fследующие:f   bcFe   Fe  C  BFe   bcCo   Co  C  BCo (57)f   bcFe   Fe  C  BFe   bcCo   Co  C  BCo (58)где, величина C определена в (48).В Таблице 4 представлены плотности длины когерентного рассеяния железа и кобальтадля нескольких величин магнитной индукции в их слояхB   Bmax , B   Bmax / 2 ,B   Bmax / 6 , B  0 , B  Bmax / 2 и B  Bmax , а также разности плотности длины когерентного84рассеяния f f Fe  f Co и f   f Fe  f Co для (+) и (-) спиновых компонент нейтронногопучка.Таблица 4.

Плотности длины когерентного рассеяния железаf Fe,f Feи кобальтаf Co,f Coи f Fe  f Co , f   f Fe  f Co при магнитной индукции в их слоях B   Bmax , B   Bmax / 2 ,B   Bmax / 6 , B  0 , B  Bmax / 2 и B  Bmax .fB   BmaxB   Bmax / 2B   Bmax / 6B0B  Bmax / 2B  Bmaxf Fe2.935.4827.188.03210.5813.13f Fe13.1310.588.888.0325.4822.93f Co-1.9820.1261.532.2344.3416.449f Co6.4494.3412.9362.2340.126-1.982 f Fe  f Co4.9125.3565.655.7986.2396.681f   f Fe  f Co6.6816.2395.9445.7985.3564.912B / f (10-6Å-2)fИз Таблицы 4 видно, что с ростом магнитной индукции в слоях железа и кобальта для(+) спиновой компоненты нейтронного пучка величина f   f Fe  f Co увеличивается, а для () спиновой компоненты нейтронного пучка величина f   f Fe  f Co , соответственно,уменьшается.

Для магнитной индукции B   Bmax разности плотности длины когерентногорассеяния равны f   4.914 *10 6 Å-2 и f   6.681 *10 -6 Å-2 для (+) и (-) спиновойкомпоненты нейтронного пучка, соответственно. Для магнитной индукции B  0 разностиплотности длины когерентного рассеяния одинаковы и равны f   f   5.798 *10-6 Å-2. Длямагнитной индукции B  Bmax разности плотности длины когерентного рассеяния равныf   4.914 *10 6 Å-2 и f 6.681 *10 -6 Å-2 для (+) и (-) спиновой компоненты нейтронногопучка, соответственно.

Т.е. эти величины обратны соответствущим величинам, полученнымдля B   Bmax . Графики разностей плотности длины когерентного рассеяния в зависимостиот отношения магнитной индукции к ее максимуму представлены на Рис.40.8587f--6f , 10 A-2654f+3210-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.00.20.40.60.81.0B/BmaxРис. 40. Графики разности плотности длины когерентного рассеяния в зависимости от отношениямагнитной индукции к ее максимуму для магнитной Fe/Co наноструктуры.Из Рис.40 видно, что с ростом магнитной индукции разность плотности длиныкогерентного рассеяния между слоями железа и кобальта в структуре для (+) спиновойкомпоненты нейтронного пучка f  увеличивается, а f  для (-) спиновой компонентынейтронного пучка, наоборот уменьшается. Относительное изменение как f  , так и f  приизменении B во всем диапазоне невелико. При изменении f  и f  будут изменяться ивеличиныRB1иRB1 ,в соответствии с (50, 51), но в отличие от структуры Fe/Nb этиизменения будут существенно меньше.Распределение нейтронно-оптических потенциалов этой наноструктуры в направленииперпендикулярном ее поверхности для (+) спиновой компоненты нейтронного пучка Vдля (-) спиновой компоненты нейтронного пучка Vисхематично показано на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации