Аморфные материалы (835546), страница 19
Текст из файла (страница 19)
е. величин Ьа и Ьь), обеспечиваемые изотопным замещением или изменением типа излучения, названы необычным (аномальным) рассеянием. Прим. ред.з*Зак.30767использование комбинации либо рентгеновского, электронного инейтронного рассеяния, либо рентгеновского, нейтронно-ядерногои нейтронно-магнитного рассеяния позволяет весьма надежно разделять парциальные интерференционные функции.Рассмотрим некоторые примеры экспериментального разделения парциальных интерференционных функций в аморфных сплавах. Число таких экспериментов пока еще не велико. Методом изотопного замещения при рассеянии нейтронов изучены аморфныесплавы в системах Си—Zr [12], Ge—N i [13], Fe—В [14], Со—В иN i —В [15]. В работе [12] использованы три различных изотопа63Cu, 65Си и Л'Си (природный изотоп) в трех аморфных сплавахS(Q)Cu5 7 Zr4 3 , изготовленных в виде ленты быстрым охлаждением жидкости. Независимо измерены их интерференционные функции (рис.
3.10)S ( Q ) и на основании этого раосчи= таны парциальные интерференционные функции, соответствующиепарным корреляциям Си—Си, Си—Zr, Zr—Zr.1На рис. 3.11 показаны парциальные интерференционные функции ипарциальныеФРР,полученные1Фурье-преобразованием.В табл. 3.3 представлены знаРис. 3.10.
Структурныйфакчения координационных чисел итор рассеяния нейтроноввмежатомных расстояний в первойcMCa T 3acau5 Z r T полученныйкоординационной сфере,раосчиметодом замены изотопов e3Cu, ■ тайные из площадии координатв5Си и NCu [12]:центров тяжести первых пикова — e5Cu57 Zr43; б — ^Cu67 Zr43; парциальных ФРР. Основываясь нав — e3Cu57 Zr43этих данных, авторы [12] указывают на отличительную особенностькристаллических и аморфных сплавов систем металл-неметалл, аименно на то, что в аморфном состоянии, как и в кристаллическомимеется химически упорядоченная структура, подобно тому, какэто наблюдается в сплаве Cu5 7 Zr43.В работе [13]: отмечается, что, поскольку изотоп 60№ являетсясоставной частью природного w N i , в изготовленных методом напыления аморфных сплавах системы N i — Ge парциальные интерференционные функции, соответствующие парам Ge— Ge, Ge—N i ,N i —N i , изменяются в зависимости от химического состава.Таким образом, определение парциальных структурных факторов является эффективным способом выяснения особенностей ифизической природы структуры аморфных сплавов.
Однако, какможно судить из рис. 3.10, изменения S ( Q ) , вызванные изотопнымзамещением, во многих случаях оказываются весьма малыми,вследствие чего определение парциальных структурных факторов768ослож н яется, а получаемы е результаты н еи збеж н о со д ер ж а т и зрядны е погреш ности. В этой связи в ряде р а бот |[ 16— 18]; вы сказы ваю тся некоторые идеи и п р едполож ения, касаю щ иеся способов икритериев определения парциальны х структурны х ф акторов, а поскольку выбор изотопа весьма ограничен, главный упор при этомд ел ается на точность изм ерений S ( Q ) и на ее повышение, насколько это в озм ож н о, ибо др угого сп особа подчас найти нельзя.Рис. 3.11.
Парные корреляции С и— Си ( 1 ) , Си— Zr (2) и Zr— Zr(3) в аморфном сплаве 0 ^ г 43, полученные по данным, представленным на рис. 3.10 [12] за — парциальный структурный фактор S (Q ); б — парциальная ФРР,G (r), полученная преобразованием ФурьеОпределение парциальных структурных факторов, использующее аномальное рассеяние нейтронов, еще не проводилось, но осуществлена попытка выделения парциальных структурных факторов методом рассеяния поляризованных нейтронов в ферромагнитных аморфных сплавах Со— Р [1 9 ]. Авторы '[19] показали, чтовысота первого пика Spp(Q) больше высоты первых пиков ScoOo(Q)и Sgop(Q).
Это говорит о том, что расстояние между атомами Рвелико вследствии их сильного отталкивания и соседние атомы Рне могут находиться в таких положениях, когда они непосредственно соприкасаются друг с другом. Впоследствии авторами {2 0 ]проведено вычисление ближайшего атомного окружения по данным рентгеновского рассеяния и рассеяния поляризованных и неполяризованных нейтронов в аморфном сплаве Со — 20% (ат.) Р.Подобное разделение с использованием аномального рассеянияэкспериментально проведено методами рентгеновской дифракции,описанными в [2 1 ], на аморфных сплавах N i — Р [2 2 ], Fe— Р [6 1 ],Fe—B [2 3 ].69Т а б л и ц а 3.3.
К оорди нац и онн ы е чи сл а и м еж ато м н ы е р а с с т о я н и я в п ервой к оорди н аци он ной сф ере ато м о в р а зн ы х со р то в в дв ой н ы х ам о р ф н ы х с п л а в а хМежатомное КоординационоМетодыное числорасстояние,AСостав сплава,% (ат.)АтомнаяпараСи—СиСи— ZrZr—Zr2,652j803,155,45,0 (6,7)5,9e3Cu, 65Cu, ^CuИзотопное замещение.Нейтроннаядифракция[12]Си—43 ZrG e—-GeGe— NiN i— Ni2,482,413,873,40,5 (4,5)0,4»°Ni, 'v NiИзотопноезамещение. Нейтроннаядифракция[13]Ge— 10 NiGe—30 NiGe—GeGe— Ni' N i— Ni2.552,382.553,21,7 (4,1)1,8То же[13]Fe—FeF e -PP—P2,612,383,4010,42,6 (8,1)3,5Аномальное рассеяние.Рентгеновская дифракция[72] 'F e—25 PCo—CoCo— PP—P2,552,323,3410,12,09 (8,9)Комбинация рентгеновского рассеяния и рассеяниянеполяризованныхи поляризованныхнейтронов[20]Co—20 PCo—CoCo—PP —P2,572;3010,02 ,0 (8)Рассеяние импульсныхнейтронов.Большие Q[35]Co— 18,3 PN i—NiN i—PP—P2,5523533010,72,2 (8,5)3,6Аномальное рассеяние.Рентгеновская дифракция[73]N i—20 PPd—PdPb—SiS i-S i2352,603,0 ~ 4,510,22,0 (8,1)6,1Комбинация рентгеновской, электронной и нейтронной дифракции[18]Pd— 19,8 SiPd— 19,8 SiPd—PdP d -S iS i—Si2,802,4210,61,64 (6,64)S,isN4S i— SiS i-NN—N3,011,7292,836,53,70 (2,78)7,770.разделенияИсточникРассеяние импуль [28, 30]сныхнейтронов.Большие QКомбинация рассеяния импульсныхнейтроновприбольших Q и рентгеновской дифракции[27]Что касается определения парциальных структурных факторовс применением комбинаций различных излучений, то можно указать на работу ][18], где на аморфном сплаве P d — 19,8% (ат.) Siбыло опробовано сочетание рентгеновского, электронного и нейтронного рассеяния.
Полученные парциальные интерференционныефункции и парные функции распределения приведены на рис. 3.12,Рис. 3.12. Парциальные функции аморфного сплава - Pd— 19%(ат.) Si, полученные по данным рентгеновской, электронной инейтронной дифракции [18]:а — структурный фактор; б — ФРРа значения кратчайших межатомных расстояний и координационные числа занесены в табл. 3.3. Хорошо видно, что здесь также несуществует таких положений, когда атомы Si соприкасаются другс другом.3.2.3. О предепение парных функций распредепениявысокоразреш аю щ ими методам иОписанные в разделе .3.2.2 методы разделения парциальныхструктурных функций, использующие изотопное замещение и аномальное рассеяние, интенсивно разрабатываются, но их практическое воплощение применительно к изучению структуры аморфныхсплавов в настоящее время тормозится вследствие низкой точности получаемых результатов.
Для преодоления такого рода трудностей недавно разработаны два новых метода. Первый из них, так71называемый EXAFS, — это метод выборочного наблюдения структуры в локализованной области при вращении вокруг определенного атома. Суть его излагается в разделе 3.2.5. Другой метод состоит в определении S(Q) в области малых длин волн надтепловыхнейтронов, у которых векторы рассеяния Q характеризуются неОобычайно большими волновыми числами-(Q 1^50 А-1). Для определения функции g(r) применяется Фурье-преобразование S(Q).Метод позволяет заметно повысить разрешение в г-пространствепри распознавании ближайшего окружения ([24].
В области Q =О= 4 я s in 0/й,)^ 5 0 А-1, где длина волны падающих нейтроново^ 0 ,2 5 А, не удается получить достаточную интенсивность, поскольку в обычном атомном реакторе в надтепловой области интенсивность коротковолновых нейтронов довольно мала. Мисава с сотр.[25—27] удалось получить довольно высокую интенсивность в оболасти Ж 0,5 А в спектре энергий импульсных нейтронов, полученном на мощном электронном ускорителе (300 М эВ), что позволяет-сравнительно надежно определить структуры ближнего порядка вмолекулярных растворах, жидких и аморфных полупроводниках,|—| I I I I I I I I IО0,51,0мРис.
3.13. Схема спектрометра для изучения упругогорассеянияимпульсных нейтронов [25—27]:S — образец; Si и S 2 — входные щели для падающего излучения;1 — мишень; 2 — водяной замедлитель; 3 — электронный луч; 4 —проходная трубка; 5 — бетонная защита; 6 — Не3 — счетчик; 7 — полиэтиленоксидных стеклах, аморфной керамики и т. д. Получено сообщениео проведении успешных измерений S(Q) в области высоких значений Q и достижении высокой точности при определении структурыближнего порядка.На рис.
3.13 приведена схема спектрометра, использованногоМисава для изучения рассеяния импульсных нейтронов. Посколь72г ~S (Q )Рис. 3.14. Интерференционнаяфункция нейтронов в ж идк ом — 980°С (1) и аморфном(2) сплаве P d8oSi2 o [28, 29]Рис. 3.15. Функция радиального распределения аморфногосплава Pd— 19,81% (ат.) Si, полученная Фурье-преобразованием S (Q )-+ g(r); (цифры у кривы х— Qmax,А- 1 )[28— 30]ку энергии рассеянного нейтрона определяется по времени его полета, применение такого спектрометра для проведения измеренийна макроскопически изотропных образцах жидкостей и аморфныхтвердых тел довольно эффективно.
Характеристики спектрометра,методические подробности эксперимента и машинной обработкиданных можно найти в (25].На рис. 3.14 сравниваются S(Q ) сплава Pd— 19,8% (ат.) Siв жидком и аморфном, полученном быстрым охлаждением жидкости, состояниях [28, 29]. В аморфном состоянии до значений Q «о» 2 5 А-1 хорошо заметны осцилляции S(Q), тогда как в жидкомсостоянии осцилляции практически затухают уже при Q » 1 5 А-1;ФРР определяется равенством (3.19), но в действительности интегрирование в (3.19) проводится до максимального значенияQmax- В соответствии С ВеЛИЧИНОЙ Qmax появляются значительныеизменения в характеристиках первого пика ФРР. Это видно наОорис.
3.15 [28—30];. При Qmax > 2 0 А-1, когда разрешение в /--пространстве возрастает, первый пик ФРР, описывающий связь ближайших атомов Si— Pd и Pd—Pd, обнаруживает два максимума. Кроме того, второй пик, соответствующий трем парным корреляциямPd—Pd, Pd— Si и Si—Si, также оказывается расщепленным.Авторы ![29, 31] подробно проследили связь между концентрацией кремния в аморфном сплаве Pd— Si и положением и площадью первого пика ФРР при высоком разрешении. Ими сделанвывод о том, что расстояния между атомами Pd и Si не постоянныи не соответствуют величине, отвечающей химическому соединеОнию: rpdsi = 2,42 А, что отклонение расстояния Pd— Siсоставляют73приблизительно половину от отклонений расстояния Pd—Pd.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
