Диссертация (1149512), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

3а, б. а – схема отражения нейтронного пучка от идеальной бесконечной границы разделавакуума и среды, б - зависимость коэффициента отражения нейтронного пучка с длиной волны  =5 Å от угла скольжения от бесконечной идеальной границы вакуума и никеля.Граница области полного отражения задается критическим углом  c материала среды.Критический угол определяется [1]:для немагнитной средыc    bc(2)для магнитной среды c    bc  pm (3)12где  – число атомов в единице объема среды, bc - длина когерентного ядерного рассеянияматериала среды, pm – длина когерентного магнитного рассеяния материала среды. Знаки (+)и (-) для магнитного слоя соответствуют параллельной и антипараллельной ориентацииспина нейтрона по отношению к направлению вектора магнитной индукции в среде.Для описания границы области полного отражения используют также граничныедлины волн гр :для немагнитной средыдля магнитной средыгр гр bc(4) bc  pm (5)1.2.

Нейтронные поляризующие многослойные периодические наноструктурыВ настоящее время широко применяются поляризующие многослойные магнитныенаноструктуры в качестве поляризаторов, анализаторов и монохроматоров, т. к. большоевнимание уделяется экспериментальным методикам с использованием нейтронногополяризационного анализа, включая рефлектометрию поляризованных нейтронов [2].Поляризующие многослойные магнитные периодические наноструктуры дают не толькополяризованный, но и монохроматический нейтронный пучок.Такая наноструктура состоит из чередующихся магнитных и немагнитных слоев.Неполяризованный нейтронный пучок падает под малым углом скольжения на магнитнуюмногослойную периодическую наноструктуру, которая находится во внешнем магнитномполе, направленном вдоль плоскостей слоев структуры.

От периодической наноструктурыотражается поляризованный монохроматический нейтронный пучок.На поляризующих наноструктурах при толщинах отдельных слоев от 10 до 1000 Åвозможна интерференция нейтронных волн, отраженных от границ раздела слоев (илиБрэгговское отражение), связанная не со структурным упорядочением атомов в слоях, а с13периодическим расположением самих слоев. Впервые интерференционный фильтр-зеркало,состоящий из чередующихся плоскопараллельных слоев двух веществ с одинаковойтолщиной, которые имеют разные показатели преломления, был описан в работе [3], вкоторой этот фильтр был использован для монохроматизации пучка тепловых нейтронов.Для поляризации нейтронного пучка аналогичный фильтр был предложен затем в статье [4].Это был первый нейтронный многослойный монохроматор-поляризатор.

Многослойныепериодические наноструктуры можно представить как одномерный искусственный кристаллс постоянной решетки d. В этом случае отраженная интенсивность будет иметь максимумыпри выполнении условия Брэгга [3]:m  2d sin где(6) - угол скольжения, m = 1, 2, 3,….Рассмотриммногослойнуюпериодическуюмагнитнуюнаноструктуру,представленную на Рис.4, которая состоит из двух материалов 1 - магнитный и 2 немагнитный.магнитныйслойdНейтронная волна12ПодложкаНемагнитныйслойVV1+Cпин вверхVподложкиV2ZVСпин внизV1V2VподложкиZРис.

4. Схема многослойной периодической магнитной наноструктуры и нейтронно-оптическиепотенциалы слоев.14Магнитные слои 1 характеризуются нейтронно-оптическим потенциаломV1 2 2 bc1  pm1   1 .mn(7)Аналогично немагнитные слои 2 характеризуются потенциаломV2 2 2  bc 2   2 ,mn(8)где mn – масса нейтрона;   h 2 ; h - постоянная Планка; bc1 и bc 2 - длиныкогерентного ядерного рассеяния магнитного и немагнитного слоев, соответственно; p m 1 длина когерентного магнитного рассеяния магнитного слоя; 1 и  2 - количество атомов вединице объема магнитного и немагнитного слоя, соответственно; bc1  pm1  1 и bc 2   2 –плотности длины когерентного рассеяния магнитного и немагнитного слоя, соответственно.Знаки (+) и (-) для магнитного слоя соответствуют параллельной и антипараллельнойориентации спина нейтрона по отношению к направлению вектора магнитной индукции вслое.

Чтобы получить высокий коэффициент отражения от поляризующих монохроматоровдля нейтронов (+) спиновой компоненты пучка и высокую поляризующую эффективностьнужно подобрать материалы слоев так, чтобы обеспечить большую разницу междупотенциалами V1 и V2 и возможно меньшую разницу между потенциалами V1 и V2 .Граница области полного отражения многослойной периодической наноструктурыопределяется средним потенциалом.

Средний потенциал периодической структуры V :Vd1d2V1 V2d1  d 2d1  d 2где V1 - потенциал первого слоя, V2 – потенциал второго слоя,(9)d1иd2- толщиныпервого и второго слоя, соответственно. Если средний потенциал меньше или равен нулю,тогда область полного отражения отсутствует.15В случае, когда потенциал магнитного слоя V1 сравнивается с потенциаломнемагнитного слоя V2 , то для нейтронов (-) спиновой компоненты потенциал по всейтолщине структуры становится однородным, без ступенек.

В результате отсутствуетБрэгговское отражение нейтронов данной спиновой компоненты пучка. Таким образом,нейтронный пучок становится поляризованным. Кроме того, магнитные многослойныепериодические наноструктуры дают монохроматический пучок за счет отражения отпериодов структуры.Уравнение Брэгга с учетом рефракции:2  mB  mBm mB  2  d1   1  2d12     гр1 гр 2 2(10)m – порядковый номер Брэгговского отражения,d 1 – толщина магнитного слоя,d2– толщина немагнитного слоя, гр1– граничная длина волны магнитного слоя для (+) и (-) спиновойкомпоненты пучка, соответственно, гр2 mB– граничная длина волны немагнитного слоя,- длина волны Брэгговского пика m-ого порядка для (+) и (-) спиновойкомпоненты пучка, соответственно, - угол скольжения.На Рис.5а показана схема отражения нейтронного пучка от идеальной периодическойнаноструктуры, состоящей из двух чередующихся материалов с показателями преломленияn1 и n 2 .

На Рис.5б представлены зависимости коэффициента отражения нейтронного пучкас длиной волны  = 5 Å от угла скольжения для периодических наноструктур Ni/Ti,16состоящих из 100 пар слоев с периодами d = 160, 190 и 250 Å. Из Рис.5б следует, что ширинапика и коэффициент отражения зависят от величины периода наноструктуры. Чем большевеличина периода, тем больше ширина пика и коэффициент отражения в Брэгговском пике1-го порядка и меньше расстояние между этим пиком и границей области полногоотражения.100 пар слоев Ni/Ti на стеклеаθθd=250 Ad=190 Ad=160 A1,0n1n2R0,8б0,60,40,20,00,00,20,40,60,8 , градус1,01,21,4Рис.

5а, б. Многослойная периодическая наноструктура. а - схема отражения нейтронного пучка отидеальной многослойной периодической наноструктуры, состоящей из двух чередующихсяматериалов с показателями преломления n1 и n 2 ; б - коэффициенты отражения нейтронного пучкас длиной волны  = 5 Å от угла скольжения для периодических наноструктур Ni/Ti, состоящих из100 пар слоев с периодами d = 160, 190 и 250 Å.В кинематическом приближении коэффициент отражения нейтронной волны отмногослойной наноструктуры для Брэгговского максимума m-го порядка Rm определяетсявыражением, полученным в [5]:Rm 4N 2d 4 F2(11)m217sin ms F    f i  f j m 22(12)где N - число пар слоев, d – величина периода наноструктуры, F - структурныйфактор бислоя, s did i  d j  , d  d i  d j , d i и d j - толщины i и j слоев, f i и f j - плотностидлины когерентного рассеяния i и j слоев.1.2.1.

Многослойный монохроматор-поляризатор Fe/AgРассмотрим многослойный монохроматор-поляризатор Fe/Ag на стекле, изготовленныйв ПИЯФ и подробно описанный в [6]. Этот монохроматор был создан по аналогии смонохроматором, описанным в [4]. Величины плотностей длин когерентного рассеяния дляприродного железа равны 1.32  1011 cm 2 и 0.30  1011 cm 2 , соответственно для (+) и (-)спиновых компонент нейтронного пучка. Для серебра плотность длины когерентногоядерного рассеяния равна 0.35 1011cm 2 . Как видно, она близка к значению плотности длиныкогерентного рассеяния железа для (-) спиновой компоненты.На Рис.6 показана схема структуры монохроматора-поляризатора Fe/Ag вместе сзависимостью нейтронно-оптического потенциала от глубины Fe/Ag структуры.

На графикесплошная линия соответствует потенциалу для нейтронов (+) спиновой компоненты, апунктирная линия соответствует потенциалу для нейтронов (-) спиновой компоненты.Многослойный монохроматор-поляризатор состоит из 10 пар слоев железа и серебра столщинами 108 и 86 Å [6].

Слои Fe и Ag наносились методом электронно-лучевогоиспарения в вакууме на подложку из термически полированного стекла.18FeAgПодложкаnnVVFe+VподложкиVAgVвоздух0VFe-ZРис. 6. Нейтронный многослойный монохроматор-поляризатор Fe/Ag (10 пар на стекле). верхнийрисунок: схема структуры, нижний рисунок: схематичная зависимость распределения потенциала V вглубину структуры Fe/Ag для обеих спиновых компонент пучка.На Рис.7 показаны расчетные и экспериментальные кривые коэффициентов отражениядля обеих спиновых компонент пучка в зависимости от длины волны: а – расчет, б –эксперимент.

Характеристики

Список файлов диссертации