Диссертация (1149512), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

46а, б. а - Схема зеркального монохроматора-поляризатора на основе Co/Ti и б - криваяинтенсивности прошедшего пучка в зависимости от длины волны [8].Нейтронный пучок падает на зеркальный монохроматор-поляризатор, который состоитиз чередующихся слоев кобальта и титана на антиоражающем поглощающем слое TiGd. Каквидно на Рис.46а нейтроны со спинами по магнитному полю отражаются, а нейтроны соспинами против магнитного поля поглащаются на кадмиевых пластинах. На Рис.46а в схемемонохроматора-поляризатора Co/Ti используется двойное отражение нейтронов для того,чтобы улучшить поляризацию отраженного нейтронного пучка.

Так же использовалсяфильтр из кремния, чтобы убрать вклад длинноволновых нейтронов. Побочные вклады отнемонохроматических нейтронов в отраженную интенсивность после двойного отражения отмонохроматора-поляризатора Co/Ti и прохождении через фильтр из кремния составил всего0.2%. Таким образом, в данном рефлектометре использовался пучок монохроматическихполяризованных нейтронов с очень малой долей побочных немонохроматических вкладов.Конструкция формирователя пучка позволяла простым изменением угла скольжения менятьдлину волны монохроматического пучка в диапазоне от 1 до 3 Å.

Поляризующаяэффективность этого монохроматора-поляризатора равна 0.99, а  /   0.065 .Для полного поляризационного анализа необходимо измерить четыре интенсивностиI++, I+-, I-+ и I--. По традиционной схеме нейтронного рефлектометра с полным96поляризационным анализом, чтобы получить четыре интенсивности требуется провестичетыре измерения:1 – Измерение интенсивности I++ (при выключенном состоянии обеих спин-флипперов до ипосле образца).2 – Измерение интенсивности I+- (при выключенном первом спин-флиппере до образца, новключенном втором спин-флиппере после образца).3 – Измерение интенсивности I-+ (при включенном первом спин флиппере, но привыключеном втором спин-флиппере).4 - Измерение интенсивности I— (при включенном состоянии обеих спин флипперов до ипосле образца).3.2.2. Новый вариант полного нейтронного поляризационного анализаМы предлагаем новый вариант полного нейтронного поляризационного анализа, где вкачестве монохроматора-поляризатора и анализатора используются исследуемый намимногослойнаямагнитнаяпериодическаяFe/Coнаноструктура-многослойныйпериодический монохроматор-биполяризатор.

Схема монохроматора-биполяризатора наоснове железа и кобальта представляется на Рис.47а. Так же на Рис.47б показана криваякоэффициента отражения нейтронов в зависимости от переданного импульса для данногомонохроматора-биполяризатора.9720 пар Fe/Co1.2472 ЭR1.0Монохроматор-биполяризатор Si-фильтрFe/CoSM Ni/Tiм0.80.6СтеклоSiSiнейтронныйпучокR+R-0.4Стекло0.2Cd -пластины0.00.01а0.020.03Qz , A-10.040.05бРис.

47а, б. а - Схема многослойного периодического монохроматора-биполяризатора на основеFe/Co и б - кривая коэффициента отражения в зависимости от переданного импульса дляоднократного отражения.Нейтронный пучок падает на монохроматор-биполяризатор Fe/Co, который состоит изчередующихся слоев железа и кобальта на стеклянной подложке. Как следует из Рис.47а, б,нейтроны (+) и (-) спиновых компонент пучка с близкими длинами волн под данным углом отражаются, а остальные нейтроны проходят через зеркало и поглощаются на кадмиевыхпластинах. На Рис.47а в схеме монохроматора-биполяризатора Fe/Co используется двойноеотражение для того, чтобы улучшить поляризацию отраженного нейтронного пучка.

Так жеиспользуется фильтр из кремния, чтобы убрать вклад длинноволновых нейтронов. Побочныевклады от немонохроматических нейтронов в отраженную интенсивность после двойногоотражения от монохроматора-биполяризатора Fe/Co и прохождения через фильтр из кремнияостается существенно меньше. Таким образом, в данном рефлектометре использовался двепучки R+ и R- монохроматических и поляризованных нейтронов с очень малой долейпобочных немонохроматических вкладов. Конструкция формирователя пучка позволяетпростым изменением угла скольжения менять длину волны монохроматического пучка.Отличие от традиционного варианта полного нейтронного поляризационного анализа вновом варианте использует монохроматор-биполяризатор, который способны отражать98нейтронные пучки R+ и R- с примерно одинаковыми коэффициентами отражения дляБрэгговского пика первого порядка.

Но Брэгговские пики первого порядка R+ и R- имеютразные длины волны, которые полезно для применения во время-пролетной методике. Вотраженном пучке оказывается две пики R+ и R- благодаря наличию магнитных свойствобеих слоев в периоде структуры. Таким образом мы можем одновременно направлять двапучка с разной длиной волны на образец и можем убрать нейтронный спин флиппер передобразцом. Схема нового варианта нейтронного полного поляризационного анализапредставлена на Рис.48.Поляризатор Fe/CoАнализатор Fe/CoSFДетекторОбразецРис. 48.

Схема нового варианта нейтронного полного поляризационного анализа.По предлагаемой схеме нового варианта нейтронного полного поляризационногоанализа мы можем получить необходимые четыре отраженные интенсивности (I++, I+-, I-+ и I-) от образца только из двух измерений:1 - Измерение интенсивности I++ и I- - (при выключенном спин-флиппере).2 - Измерение интенсивности I+- и I-+ (при включенном спин-флиппере).Таким образом, в новом варианте в два раза уменьшается время измерения. Так же впредлагаемом варианте не требуется спин-флиппер перед образцом.993.3.Расчетноеиэкспериментальноеисследованиемногослойныхпериодическихнаноструктур на основе железа и кобальтаПостановка задачиРассмотретьрасчетныекоэффициентыотраженияотнекоторыхмодельныхпериодических магнитных наноструктур на основе железа и кобальта.

По расчетнымрезультатамподготовитьмногослойныйпериодическийнейтронныймонохроматор-поляризатор. В итоге рассмотреть применение исследуемых структур в качествемонохроматора-поляризатора и анализатора для нейтронного рефлектометра или дляустановки малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов.Расчетная и экспериментальная частиВ данном разделе описывается попытка создания улучшенного нейтронногомонохроматора-поляризаторанаосновепериодическойтонкопленочноймагнитнойнаноструктуры.

В качестве материала магнитного слоя этой наноструктуры были выбраныжелезо и кобальт. В качестве немагнитного слоя были рассмотрены ниобий, германий,цирконий, тантал, молибден и кремний. На Рис.49 показана схема рассматриваемогонейтронного монохроматора-поляризатора, который представлял собой периодическуюнаноструктуру чередующихся слоев магнитного (железо или кобальт) и немагнитного.

Этупериодическую наноструктуру планируется напылять на стеклянную подложку.Fe (Co)Немагнитный слойFe (Co)Немагнитный слойСтекло100Рис. 49. Схема нейтронного монохроматора-поляризатора на основе магнитного слоя железа иликобальта [50].В рамках данной работы были проведены расчеты коффициентов отражения (+) и (-)спиновых компонент нейтронного пучка от магнитных многослойных периодическихнаноструктур Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta, Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si в зависимости отпереданного импульса. Для расчетов использовалась стандартная программа «Parratt32»,основанная на формализме, разработанном в работе [51].Parratt32 является одной из известных программ, которая определяет коэффициентотражения нейтронного и рентгеновского излучения от поверхностной структуры (тонкиепленки, многослойные периодические и апериодические наноструктуры).

Метод Парраттаявляется одним из самых эффективных методов для изучения многослойных наноструктур,так как программа Parratt32 позволяет исследовать распределение ядерной и магнитнойплотностей исследуемой наноструктуры по ее глубине.В нашем случае мы применил программу для получения расчетного коэффициентаотражения от многослойных периодических магнитных нанструктур на основе железа икобальта.ПрограммаParratt32особеннохорошадлямоделированиямагнитныхнаноструктур, так как она одновременно выдает кривые коэффициента отражения нейтроновдля (+) и (-) спиновых компонент пучка.

Это позволяет быстро подсчитать поляризующуюэффективность данной модельной структуры.В Таблице 7 приведены табличные значения плотностей длин когерентного ядерного( bc ) и магнитного (  pm ) рассеяния, а также величины сечений поглощения (  abs ) дляэлементов, входящих в состав рассмотренных наноструктур.

Здесь  - плотность ядерэлемента; bc и pm - длина ядерного и магнитного когерентного рассеяния, соответственно.В Таблице 7 использованы значенияpm для магнитной индукции равной индукциинасыщения железа или кобальта, т. е. B  Bmax .101Таблица 7. Плотности длины когерентного ядерного и магнитного рассеяния для рассмотренныхэлементов и сечения поглощения.Параметр/ЭлементNbGeZrTaMoTiSiFeCoNibc , 106 A23.9183.6123.0753.834.308-1.9252.0758.03252.26469.41 pm , 106 A2-------5.14.27461.46 abs , барн1.152.20.18520.62.486.090.1712.5637.184.49На Рис.50 представлены расчетные кривые коэффициента отражения (+) и (-) спиновыхкомпонент нейтронного пучка от периодической магнитных наноструктур Fe/Nb взависимости от переданного импульса. В расчете использовались значения bc и  pm изтаблицы 7 для железа и ниобии, поглощение не учитывалось, число пар слоев в структуре –245, толщины слоев Fe и Nb одинаковы и равны 25 Å.

Характеристики

Список файлов диссертации