Диссертация (1149512), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В работе впервые:1.ЭкспериментальноисследованамногослойнаяпериодическаямагнитнаяFe/Coнаноструктура методом нейтронной рефлектометрии. Были измерены коэффициентыотражения нейтронов R+ и R- от наноструктуры при разных магнитных полях взависимости от переданного импульса. Так же подтверждено расчетом, чтокоэффициенты отражения Брэгговских пиков первого порядка для исследуемой Fe/Coнаноструктуры для обеих спиновых компонент нейтронного пучка практически равныдруг другу и слабо зависят от магнитного поля.2.Предложен новый вариант полного нейтронного поляризационного анализа длярассеяния нейтронов по времени пролета, где в качестве монохроматора-поляризатораи анализатора используются исследуемая многослойная периодическая магнитнаяFe/Co наноструктура.3.Рассчитаны коэффициенты отражения от многослойных периодических наноструктур:Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta, Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si с малым периодом структуры взависимости от переданного импульса.
Из расчетов следует, что Брэгговскиие пикипервого порядка имеют относительную полуширину не более 1.6%, коэффициент5отражения в его максимуме очень близок к единице и поляризующая эффективностьпрактически равна 1.Научная и практическая значимость. Все представленные экспериментальные ирасчетные результаты в диссертации являются новыми. Следует отметить следующиеполученные научно значимые результаты:1.Экспериментальные результаты многослойной периодической магнитной Fe/Coнаноструктуры показывают, что в отраженной кривой коэффициента отражения имеютБрэгговские пики первого порядка R+ и R- и их величины в максимумах почтиодинаковы. Наличие двух Брэгговских пиков с противоположными спиновыминаправлениями позволяет использовать многослойную периодическую магнитнуюFe/Coнаноструктурувкачествебиполярногомонохроматора-поляризатора.Соответственно, предлагается новая схема полного поляризационного анализа.2.Расчетные исследования коэффициентов отражения от периодических многослойныхнаноструктур: Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta, Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si показывают что, всеструктуры могут быть использованы в качестве нейтронно-оптических элементов(монохроматоров, монохроматоров-поляризаторов и поляризаторов) в нейтроннофизических установках.Практическая значимость диссертации заключается в том, что полученные в настоящейработе результаты способствуют улучшению параметров многослойных нейтронныхмонохроматоров и монохроматоров-поляризаторов, которые необходимы для нейтроннофизических установок для исследования конденсированных сред.Практически значимы также результаты, проведенной калибровки юстировочныхстолов в рамках модернизации нейтронного рефлектометра НР-4М на реакторе ВВР-М(ПИЯФ, НИЦ КИ).6Все полученные результаты в рамках диссертационной работы могут быть использованыв качестве частей лекционных курсов или практических работ.
В частности, по исследованиюмногослойных магнитных нанострукур методом нейтронной рефлектометрии.Основные положения, выносимые на защиту:1.Впервые проведено экспериментальное исследование многослойной периодическоймагнитной Fe/Co наноструктуры из 20 пар слоев чередующихся двух магнитных слоевжелеза и кобальта. Такая периодическая структура раньше не исследовалась. Нанейтронном рефлектометре НР-4М (реактор ВВР-М, ПИЯФ НИЦ КИ, г.
Гатчина) былиэкспериментально измерены коэффициенты отражения от данной структуры длянескольких величин магнитного поля, приложенного к образцу. Измерения былиподтверждены расчетами. Экспериментальные результаты первого экспериментапоказывают, что на отраженной кривой коэффициента отражения имеются Брэгговскиепики первого порядка для (+) и (-) спиновых компонент нейтронного пучка, причем ихвеличины почти одинаковы и незначительно изменяются в зависимости от магнитногополя. Это значит, что многослойную периодическую магнитную наноструктуру можноиспользовать в качестве биполярного монохроматора-поляризатора для нейтроннофизических установок, например на установках нейтронной рефлектометрии илималоугловых установках по упругому рассеянию нейтронов.2.На основе результатов исследования многослойной периодической магнитной Fe/Coнаноструктуры была предложена новая схема полного нейтронного поляризационногоанализа с использованием биполярного монохроматора-поляризатора.
Проведен расчеткоэффициентаотражениябиполярногомультимонохроматора-поляризатораотпереданного импульса для обеих спиновых компонент пучка.3.Впервые получены коэффициенты отражения нейтронного пучка от многослойныхпериодических наноструктур: Fe/Nb, Fe/Ge, Fe/Zr, Fe/Ta, Fe/Mo, Co/Ti, Ni/Ti, Fe/Si из245 пар слоев с малым периодом структуры в зависимости от переданного импульсадля (+) и (-) спиновых компонент нейтронного пучка. Данные результаты могут бытьиспользованывразработкемногослойныхнейтронныхмонохроматоров,монохроматоров-поляризаторов, поляризаторов и анализаторов с улучшенными7параметрами, которые требуются для нейтронно-физических установок, создаваемыхдля строящегося высокопоточного реактора ПИК (ПИЯФ НИЦ КИ).4.Были проведены калибровочные измерения движений перемещений и поворотовюстировочных столиков образца, анализатора и детектора нейтронного рефлектометраНР-4М в рамках его модернизации.Апробация работы. Результаты и положения работы докладывались и обсуждались наследующих конференциях: Школа по физике поляризованных нейтронов (ФПН – 2013, г.Санкт-Петербург, 2013).
XLVIII Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния(ФКС – 2014, г. Зеленогорск, 2014). Совещание и Молодежная конференция поиспользованию рассеяния нейтронов и синхротронного излучения в конденсированныхсредах (РНСИ-КС–2014, г. Санкт-Петербург, 2014). XIX международная конференциямолодых ученых и специалистов (ОМУС-2015, ОИЯИ, г. Дубна, 2015). XLIX Школа ПИЯФпо физике конденсированного состояния (ФКС – 2015, г. Зеленогорск, 2015). InternationalConference “Condensed Mattered Research at IBR-2” (JINR, Dubna, Russia, 2015).Международная молодежная конференция ФизикА.СПб – 2015 (ФТИ, г. Санкт-Петербург,2015).
International Conference on Polarised Neutrons for Condensed Matter InvestigationsPNCMI-2016 (Мюнхен, Германия, 2016), Американская конференция по нейтронномурассеянию (Лос-Анджелес, США, 2016).Публикации. Материалы диссертационной работы были опубликованы в 8 печатныхработах, из них две статьи в ведущих рецензируемых научных журналах из списка ВАК ииндексируемых в базе данных SCOPUS.Личныйпредставленныевкладвавтора.работе,Всебылиэкспериментальныеполученынепосредственном участии.8соискателемирасчетныевсоавторстверезультаты,приегоСтруктура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из Введения, трехГлав и Заключения. Работа изложена на 126 страницах, включая 9 таблиц и 57 рисунков.Список цитированной литературы содержит 51 ссылку.9Глава 1В настоящее время на нейтронно-физических установках активно проводятсяисследования с использованием поляризованных нейтронных пучков. Нейтронныйполяризационный анализ существенно увеличивает чувствительность и информативностьэкспериментов по рассеянию нейтронов. Поляризованные нейтронные пучки могут бытьполучены различными способами.
Одним из известных и широко распространенных методовполучения поляризованных пучков тепловых и холодных нейтронов является отражениенейтронов от магнитных зеркал. Зеркальные поляризаторы дают большую интенсивностьнейтронного пучка по сравнению с кристаллическими поляризаторами, главным образом засчет широкого спектра отраженного пучка и большого коэффициента отражения.
В даннойглавенапримеренесколькихнейтронно-оптическихустройстврассматриваетэффективность использования нейтронных магнитных зеркал (нейтронных многослойныхмонохроматоров-поляризаторов, поляризаторов и анализаторов) для поляризации имонохроматизации пучков тепловых и холодных нейтронов. Также в данной главерассматривает эффективность использования магнитных многослойных апериодическихнаноструктур (нейтронных поляризующих суперзеркал) для поляризации пучков тепловых ихолодных нейтронов, имеющих широкое спектральное распределение.ПрошедщийпучокПадающийнеполяризованный пучокПоляризованныйотраженный пучокРис.
1. Поляризатор.На Рис.1 представлена схема поляризатора. Неполяризованный нейтронный пучок отисточника падает на поляризатор. На поляризаторе нейтронный пучок разделяется на два10пучка: поляризованный отраженный нейтронный пучок (спин вверх) и прошедшийнейтронный пучок (спин вниз). Обычно за поляризатором устанавливают вещество,обладающее большим сечением захвата нейтронов, так чтобы прошедший нейтронный пучокпоглотился.1.1.
Отражение нейтронов от границы раздела двух бесконечных средПри распространении нейтрона, как в свободном пространстве, так и в среде, еговзаимодействие с однородным потенциалом, описывается плоской волной. Волноваяфункция нейтрона удовлетворяет уравнению Шредингера. На Рис.2 представлена схемаотражения и преломления нейтронной волны на границе вакуума и среды, падающаянейтронная волна с волновым вектором k , преломленная с k и отраженная с k , α и β углы скольжения (отражения) и преломления.kk"ααβxK'zРис. 2. Отражение и преломление нейтронной волны на плоской границе вакуума и среды.Выражение для коэффициента отражения записывается в виде:k k zR zk z k z2(1)11где k z , k z – нормальные компоненты, соответствующих волновых векторов падающей ипреломленной нейтронных волн.На Рис.3а показана схема отражения нейтронного пучка от идеальной бесконечнойграницы раздела вакуума и среды, а на Рис.3б зависимость коэффициента отражениянейтронного пучка с длиной волны = 5 Å от угла скольжения на идеальной границе вакуум- никель.R1,0б0,8θa0,6θ0,40,20,00,00,20,40,60,8градус1,01,21,4Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
