Диссертация (1149512), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

По методу Хейтера и Мукавсю последовательность толщин слоев суперзеркала можно построить бислой за бислоем,задав две граничные длины волны материалов структуры и величину требуемого уровнякоэффициента отражения от бислоя наноструктуры.На Рис.19, в качестве иллюстрации расширения области полного отражения дляоднослойного зеркала при использовании многослойных наноструктур, показаны расчетныекоэффициенты отражения для разных отражающих структур: 1 – для суперзеркала; 2, 3, 4 –для многослойных периодических наноструктур с разными величинами периода; 5 - длянанослоя.

Из рисунка следует, что на кривой 1 имеет место расширение области полногоотражения соответствующее кривой 5 от m = 1 до критического угла суперзеркаласоответствующее параметру m = 3.1, т. к. Брэгговские пики разных периодов примыкаютдруг к другу.1,0R0,80,6123450,40,20,00,00,51,01,52,02,53,03,5Параметр , mРис. 19. Расчетные коэффициенты отражения для разных отражающих наноструктур в зависимостиот параметра m: 1 – для апериодической структуры (суперзеркала); 2, 3, 4 – для периодическихнаноструктур с разными величинами периода; 5 – для нанослоя.321.4.1.

Нейтронное поляризующее Fe/Al суперзеркалоПоляризующее нейтронное Fe/Al суперзеркало на кремниевой подложке былопредложено и произведено в ПИЯФ [15]. Суперзеркало состоит из 70 пар чередующихсяслоев железа (с добавкой Fe54) и алюминия на кремниевой подложке, которая обладаетслабой поглощающей способностью. Следует отметить, что до и после отражения отсуперзеркального покрытия нейтроны проходят через кремниевую подложку, как показанона Рис.20а.

Антиотражающим слоем суперзеркала служит слой кадмия с толщиной 5 мкм.Суперзеркало FeFe54/Al имеет параметр m = 1.73. Изотопный состав слоев железа былподобран так, что для нейтронов (-) спиновой компоненты выполнялось следующеесоотношение: грSi  грFe  грAl   грCd(15)где,  грSi - граничная длина волны кремния,  грFe- граничная длина волны железа для (-)спиновой компоненты,  грAl - граничная длина волны алюминия,  грCd – граничная длинаволны кадмия. Благодаря этому соотношению данное суперзеркало обладает оченьвысокими поляризующими свойствами, т.к.

нейтроны (-) спиновой компоненты проходятчерез всю суперзеркальную структуру без отражения и поглощаются в кадмии.На Рис.20б представлены экспериментальные зависимости коэффициента отражениядля (+) спиновой компоненты пучка и поляризующей эффективности Fe/Al суперзеркала накремнии от переданного импульса. Как следует из рисунка, Fe/Al суперзеркало накремниевой подложкой имеет очень высокую поляризующую эффективность в широкомдиапазоне по Q.

Так, поляризующая эффективность суперзеркала P  0.95 в диапазонеQz  0.0074  0.036 A1 и P > 0.8 в диапазоне Qz  0.0051  0.036 A1 . Таким образом,соотношение Qz max / Qz min  7для граничных величин диапазона по Q, в которомполяризующая эффективность этого суперзеркала P  0.8.33CdRP1,0n--R, PFe0,8Al0,6θ0,4Sin-,+n+0,20,00,00а0,01б0,020,030,040,050,06Q , A-1Рис. 20а, б. Суперзеркало Fe/Al на кремниевой подложке с антиотражающим поглощающим слоемкадмия: a - Схема суперзеркала FeFe54/Al с подслоем FeFe54 500 Å на кремниевой подложке иантиотражающим поглощающим слоем кадмия, б - Экспериментальные зависимости коэффициентаотражения для (+) спиновой компоненты пучка и поляризующей эффективности суперзеркала отпереданного импульса.На установке для исследования малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов«Вектор» (реактор ВВР-М ПИЯФ) более 20 лет используется многоканальный поляризаторFe/Al, который содержит 20 FeFe54/Al суперзеркал на плоских кремниевых пластинах.

Этипластины плотно прижаты друг к другу. Они имеют толщину 0.5 мм и длину всего 25 ммвдоль пучка. Нейтроны распространяются через такой поляризатор только через кремний. На2выходе поляризатор дает поляризованный пучок с поперечным сечением 10  65 мм .Поляризатор Fe/Al установки «Вектор» дает поляризацию 0.99 и пропускание более 0.5 для(+) спиновой компоненты пучка холодных нейтронов с  7  10 Å. Здесь яркопродемонстрировано также одно из важных достоинств поляризаторов на основе Fe/Alсуперзеркала на кремнии – компактность.Для нейтронного рефлектометра EROS (LLB, Франция) в ПИЯФ был изготовленкомпактный суперзеркальный Fe/Al поляризатор на плоских кремниевых пластинах.

Сечение2пучка 5  25 мм . Длина пластин поляризатора 34 мм. Фотография этого поляризаторапредставлена на Рис.21.34Рис. 21. Фотография компактного суперзеркального поляризатора Fe/Al на плоских кремниевыхпластинах.На Рис.22 представлены экспериментальные зависимости коэффициента пропусканиядля (+) спиновой компоненты пучка и поляризующей эффективности для данногополяризатора в зависимости от длины волны.

Эти результаты получены на рефлектометреEROS при расходимости падающего пучка 1 мрад. На графике видно, что поляризатор имеетвысокую поляризацию P  0.99 в диапазоне длин волн   3.5  13Å и коэффициентпропускания T + ≈ 0.7 для диапазона длин волн   6  13Å .35+T ,P1.0P0.80.6T+0.40.20.0246810,A121416Рис. 22. Экспериментальные графики поляризующей эффективности P и коэффициента пропусканияT  (с учетом поглощения в кремнии) в зависимости от длины волны для поляризатора на плоскихкремниевых пластинах, изготовленного для рефлектометра EROS (LLB, Saclay, Франция).1.4.2. Многоканальный нейтронный поляризатор на основе суперзеркала FeCoV/TiZr-TiZrGdВысокоэффективноеполяризующеенейтронноеFeCoV/TiZrсуперзеркалосиспользованием антиотражающего поглощающего TiZrGd подслоя на стеклянной подложкебыло предложено и изготовлено в ПИЯФ [16].

Поляризатор состоит из набора зеркальныхканалов стенками, которого являются FeCoV/TiZr суперзеркала с TiZrGd подслоем. Каналы,как правило, изогнуты по окружности. На Рис.23 показаны структура многоканальногополяризатора на основе FeCoV/TiZr с подслоем TiZrGd (Рис.23а) и коэффициенты отражениянейтронного пучка от суперзеркала FeCoV/TiZr (параметр m = 2.5, 195 пар слоев) для обеихспиновых компонент в зависимости от переданного импульса (Рис. 23б). Как следует изРис.23б, для диапазона по Q, в котором поляризующая эффективность этого суперзеркала P> 0.8, имеет место соотношение для граничных величин Qz max / Qz min  12 .Данные высокоэффективные многоканальные поляризаторы FeCoV/TiZr на стекляннойподложке с подслоем TiZrGd широко используются в поляризаторах и в анализаторах длянейтронных пучков с широким спектральным распределением.361.0R0.8R+0.60.4R-0.2а0.00.00.10.20.30.4-10.50.6Q , nmбРис.

23а, б. Многоканальный нейтронный поляризатор на основе суперзеркала FeCoV/TiZr – TiZrGdна стеклянной подложке. а - Схема многоканального поляризатора изогнутого по окружности, б –Зависимости коэффициентов отражения R+ и R- от переданного импульса для суперзеркалаFeCoV/TiZr – TiZrGd, состоящего из 195 пар слоев с m = 2.5.1.4.3.

Поляризующее суперзеркало Co/TiПоляризующее Co/Ti суперзеркало было разработано в институте Лауэ-Ланжевена(ILL, Франция) [13]. На Рис.24а показаны потенциалы слоев суперзеркальной наноструктурыв нулевом магнитном поле и при намагничивании наноструктуры до насыщения. Когдамагнитные слои намагничиваются до насыщения, то изменяются их потенциалы. Потенциалдля нейтронов (+) спиновой компоненты увеличивается, а для нейтронов (-) компонентыуменьшается. На Рис.24б представлены коэффициенты отражения R+ и R- в зависимости отугла скольжения [17]. Из Рис.24б, можно получить диапазон по Q, в котором поляризующаяэффективность этого суперзеркала P > 0.8.

Для этого диапазона выполняется соотношениедля граничных величин Qz max / Qz min  26 .371.0SLDSLD Co0SLD Ti0.8z B=0Co Ti Co Ti Co TiRR+Rб0.6SLD+ Coа0.40zSLD Ti0SLD TiSLD- CozB0.2B0.00.00.20.40.60.81.0 , градус1.21.41.6Рис. 24а, б. Поляризующее суперзеркало Co/Ti с m = 2.7: а - Схема потенциалов слоев структуры дляразмагниченного и насыщенного состояний слоев кобальта; б - Зависимости коэффициентаотражения пучка с длиной волны  = 5 Å от угла скольжения для (+) и (-) спиновых компонент.1.4.4. Поляризующее суперзеркало Fe/SiПоляризующее нейтронное Fe/Si суперзеркало на стеклянной подложке былоразработано и производится фирмой SwissNeutronics (Швейцария) [18].

Эти поляризующиесуперзеркала в настоящее время получили наибольшее распространение в ведущих мировыхнаучных нейтронных центрах. На Рис.25 представлены зависимости коэффициентовотражения и поляризующей эффективности от параметра суперзеркала m для обеихспиновых компонент пучка. Последовательность толщин слоев в суперзеркале Fe/Si быларассчитана на основе алгоритма расчета Хайтера и Мука.Как следует из Рис.25, нейтронное поляризующее Fe/Si суперзеркало имеет высокиеотражающие свойства: m = 4 и коэффициент отражения вблизи критического угла R = 0.8.Для диапазона по Q, в котором поляризующая эффективность этого суперзеркала P > 0.8,имеет место соотношение для граничных величин переданного импульса Qz max / Qz min  6 .38R,P1.00.80.6RR+0.4P0.20.00.00.51.01.52.02.53.03.5Параметр m4.04.5Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации