Диссертация (1149512), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

.Известно, что k 2 (25)2mn ( E  V0 )22 q 2 и V0  q02 , где q и q0 , E8  mn8  mnпереданный волновой вектор и граничный переданный волновой вектор, соответственно.q4    sin , где  - длина волны нейтрона,  - угол скольжения. Для малых угловскольжения используемых в рефлектометрии sin    . Подставляя выражения для E и V0 вk 2 , а k 2 в (2.10) после преобразований получим выражение для положений минимумов qnкоэффициента отражения: 4   n qn  q   a 220(26)45Определив из графика зависимости Rq  положения минимумов 1-го ( n  1 и q1 ) и 2-го( n  2 и q2 ) порядков, можно определить из системы двух уравнений с двумя неизвестнымина основе (2.11) величину толщины пленки a и величину потенциала пленки через q0 .2.1.2. Поляризационная нейтронная рефлектометрияВ последние годы заметно вырос интерес в мировом научном сообществе кисследованиям структурных и магнитных свойств Многослойных Магнитных Наноструктур(ММН) с помощью нейтронной рефлектометрии.

Это связано с тем, что нейтроннаярефлектометрия несмотря на существенно более низкие плотности, используемыхнейтронных потоков по сравнению с интенсивностями рентгеновского и тем болеесинхротронного излучений, обладают рядом преимуществ по сравнению с этими видамиизлучений, используемыми в рефлектометрии.Одно из этих преимуществ состоит в том, что длины ядерного когерентного рассеянияне зависят от порядкового номера элемента, и они даже отличаются для изотопов одного итого же элемента. Это значит, что оптический контраст (или разность нейтронно-оптическихпотенциалов) между слоями из этих материалов, от которого зависит коэффициентотражения, будет заметным. Это позволяет проводить исследования с использованиембольшего количества материалов, используемых при создании ММН по сравнению срентгеновской рефлектометрией, где величина контраста зависит от разности порядковыхномеров элементов.

В этом случае для получения заметного коэффициента отраженияпредпочтительно использовать только ММН, состоящие из «легких» и «тяжелых»элементов. Другим преимуществом является наличие у нейтрона спина, что, приводит кзависимости показателя преломления пленки от ее магнитной индукции и от ориентацииэтого вектора относительно спина нейтрона, падающего на образец. Зависимость магнитнойиндукции от координаты перпендикулярной плоскости образца ММН, вообще говоря,неоднородна,аспомощьюполяризованныхнейтронов,врефлектометрическомэксперименте можно восстановить это распределение.

Таким образом, поляризационнаянейтронная рефлектометрия позволяет характеризовать послойное распределение не только46ядернойплотности,ноивекторанамагниченности,включаясложныеслучаинеколлинеарных распределений этого вектора в магнитных ММН.В настоящее время в каждом крупном научно-исследовательском нейтронном центреимеется нейтронный рефлектометр, а чаще два или три. Эксперимент по зеркальномуотражению поляризованных нейтронов сводится, по сути, к измерению коэффициентаотражения как функции от нормальной компоненты волнового вектора для каждой спиновойкомпоненты нейтронного пучка.ПоляризационныеНейтронныеРефлектометры(ПНР)можноразделитьнаработающие:1)по время-пролетной методике с «белым» пучком, т.е., имеющие широкое, как правило,максвелловское распределение по длинам волн;2)с фиксированной длиной волны;3)используя оба эти метода или комбинированные.Поляризация падающего на образец пучка P в поляризационных рефлектометрах,определяется как:P  Pp Pa  r  1 1  r 1  2 f1 (27)где, Pp - поляризующая эффективность поляризатора,Pa - поляризующая эффективность анализатора,f1 - эффективность спин-флиппера (устройство, в котором спиновое состояниенейтрона может быть изменено относительно ведущего магнитного поля),r-поляризационноеотношение илифлип-отношение(отношение интенсивностей нейтронов при выключенном I  и включенном I  спин-флиппере).Поляризация P высока, и обычно близка к 1, т.к.

в них, как правило, используютсявысокоэффективные суперзеркальные поляризаторы. Эффективность переворота спинанейтрона f1 также близка к 1 при использовании современных спин-флипперов.Установка, созданная Фельчером с сотрудниками, в Арагонской НациональнойЛаборатории (США) для измерения распределения магнитной индукции в тонких пленках поглубине, в литературе известна, как первый поляризационный рефлектометр. Схема этогоприбора представлена на Рис.29 «Белый» нейтронный пучок из импульсного источникапроходит через Be фильтр, который рассеивает все нейтроны с длинами волн меньшими,47чем   0.395 нм.

Далее пучок отражается под малым углом скольжения от зеркальногополяризатора П и проходит через спин-флиппер СФ, проходит также через две диафрагмы Д1и Д2, падает под малым углом скольжения 1 на образец, помещенный в зазор магнита.Отражаясь под углом скольжения  2 (в случае зеркального отражения 1   2 ) пучокрегистрируется в соответствующем канале Позиционно-Чувствительного Детектора (ПЧД).В данном рефлектометре используется спектр холодных нейтронов с максимумом около 0.5нм.

Это соответствует диапазону критуглов c  1 10  мрад на этой длине волны для пленокразличных материалов.Имп.источникBeфильтрМониторHПЗеркальныйполяризаторД1СФСпин-флипперД2ОбразецHПозиционноЧувствительныйДетекторРис. 29. Схема поляризационного нейтронного рефлектометра Дж.Фельчера в АНЛ (США),использующего время-пролетную методику.2.2. Время пролетная методикаПервый поляризационный рефлектометр работает по время-пролетной методике сиспользованием широкого спектрального распределения нейтронного пучка. Рассмотрим этуметодику подробнее. Длина волны нейтрона  связана с его скоростью v соотношением:48hmn  v(28)где h – постоянная Планка; или mn - масса нейтрона.Справедливо также соотношение:[ Å ] 3958 м v сек (29)Скорости тепловых нейтронов составляют величины порядка нескольких тысяч метровв секунду. Данная методика используется на импульсных источниках нейтронов или настационарных ядерных реакторах с устройствами, прерывающими на короткое времянейтронный пучок – прерывателями или чопперами.

В каждом случае в начальный моментсоздается нейтронная вспышка или нейтронный импульс с временной протяженностью  всп .В течение этого времени в сторону детектора устремляются нейтроны с разными длинамиволн и, соответственно, с разными скоростями, т.е. в момент вспышки нейтроны с разнымискоростями как бы «перемешаны» в пучке.

По мере движения к детектору, отстоящему отчоппера на расстоянии L нейтронный импульс «размазывается» в пространстве вдоль осипучка. В этой методике используется также электронный блок – временной анализатор, вкоторый поступают от детектора импульсы, соответствующие, зарегистрированным в немнейтронам. При запуске временного анализатора формируется набор временных каналов сдлительностью  кан . Если синхронизировать старт нейтронного импульса на чоппере или вимпульсном источнике с моментом запуска временного анализатора, то можно получить навременном анализаторе распределение зарегистрированных нейтронов детектором повремени попадания импульсов от них в соответствующий канал временного анализатора.

Азная время регистрации нейтрона в детекторе, можно легко вычислить длину волнынейтрона или его энергию. Используя (2) и соотношение L  t  v получим:ht .mn  L(30)Таким образом, применяя время-пролетную методику можно получить спектральноераспределение интенсивности по длинам волн для используемого в рефлектометренейтронного пучка, падающего на образец. Аналогичным образом можно получитьспектральное распределение интенсивности по длинам волн для нейтронного пучка,49отраженного от образца под малым углом скольжения  .

Спектральный коэффициентотражения R() для образца падающего на образец под малым углом скольжения  можнополучить разделив интенсивность, соответствующую длине волны  в спектральноминтервале  ,   d  для отраженного пучка на интенсивность падающего пучка для того жеинтервала по  . Зная соотношение для нормальной к поверхности пленки компоненты дляпереданного волнового вектора Q 4  sin  легко преобразовать R  в RQ  припостоянном  .

Сравнивая экспериментальную зависимостьRQ с теоретическойзависимостью, можно получить параметры структуры. Таким образом, используя времяпролетную методику можно снять для данного образца зависимость коэффициентаотражения нейтронного пучка, падающего на образец под фиксированным малым угломскольжения в диапазоне Q 4    sin max4    sin min, где  min и  max - соответственно,минимальная и максимальная длины волн, в спектре падающего пучка. Время-пролетнаяметодика используется в нейтронных рефлектометрах двух видов согласно ориентацииплоскости рассеяния на образце: с горизонтальной (только, что рассмотренной) ивертикальной. Рефлектометры с вертикальной ориентацией плоскости рассеяния являютсяуниверсальными,т.е.пригоднымидляобразцоввсехтипов,включаяжидкие.Фиксированный угол скольжения  делает время-пролетный метод идеальным в геометриис вертикальной плоскостью рассеяния для изучения границ воздух-жидкость и жидкостьжидкость и обеспечивает постоянную засветку образца, что не требует дополнительныхкоррекций, что особенно важно, если образец неоднородный.К недостаткам время-пролетного метода можно отнести то, что в нем измерение навсех длинах волн спектра происходит одновременно и поэтому статистические точностиразных точек спектра могут значительно отличаться друг от друга.

Характеристики

Список файлов диссертации