WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Усиленные стоячие волны зарегистрированы различными способами. Так, в структуре Cu(30нм)/Ti(200нм)/Cu(100нм) наблюдались резонансы, обусловленные поглощением нейтронов в слое титана (Рис. 9). Максимальное значение коэффициента усиления нейтронной плотности, усреднённое по толщине слоя титана, составило рекордную величину = 115.

Особым режимом усиленных стоячих волн является режим каналирования нейтронной волны. В этом режиме создаются условия входа нейтронов в фазосдвигающий слой, а затем фильтрации волн по величине кратности отражения (рис. 10). На рис. 11 б-г видны максимумы, соответствующие модам усиленных волн каналируемых нейтронов.

Регистрация стоячей волны с помощью реакции захвата нейтронов с испусканием заряженных частиц имеет свои особенности. Прежде всего, сама реакция менее распространена по сравнению с реакцией захвата нейтронов с испусканием гамма-квантов. Так при сечении больше 0.1 барн число изотопов для реакции (n, p) составляет только 6 (изотопы 3Не, 7Ве, 14N, Cl, 40К, 76Br), а для реакции (n, ) - 14 (изотопы 6Li, 10B, N, 17O, 21Ne, 33S, 40K, 59Ni, 143Nd, 149Sm, 152 153 Gd, Gd,162Er, Tl). Напротив, для реакции деления ядра с вылетом нейтронов и заряженных осколков, число изотопов значительно. Так, при сравнительно больших значениях сечения реакции больше 30 барн, число изотопов равно 18 (соответствующие этим изотопам элементы есть Ra, Th, U, Np, Pu, Am, Cm, Cf). Существенно различаются и условия регистрации заряженных частиц и гамма-квантов. Связано это с тем, что заряженная частица ионизирует среду. В связи с этим, пробег заряженных частиц невелик ( в воздухе доли миллиметра, а в твёрдом теле - микрометры). Это определяет экспериментальную установку, в которой исследуемый образец помещается непосредственно внутри детектора заряженных частиц (рис.

12). В результате, телесный угол регистрации заряженных частиц составляет 2. Из-за небольшого пробега заряженных частиц, фоновый поток заряженных частиц не достигает детектора, что определяет также небольшой уровень фонового счёта.

На рис. 13 показаны кривые длинноволновой зависимости счёта отражённых от структуры 6LiF(20нм)/Ti(200 нм)/Cu(100 нм) нейтронов и счёта заряженных частиц, вызванных захватом нейтронов ядрами изотопа Li. Кривые имеют резонансный характер и скорреллированы между собой. Корреляция состоит в том, что уменьшение скорости счёта отражённых нейтронов соответствует увеличению скорости счёта заряженных частиц. Это доказывает то, что минимумы в коэффициенте отражения нейтронов обусловлены их поглощением, а результатом поглощения нейтронов является рождение альфа-частиц и тритонов. Очевидно, что резонансный характер кривых связан частично с ростом плотности нейтронов при “резонансных” значениях длины волны, а частично со степенью близости пучности стоячей волны к слою лития. Из подгонки расчета к экспериментальным данным следует, что в третьем резонансе ( = 6 ) усиление плотности по отношению к плотности в падающем пучке составляет = 35. Это усиление объясняется тем, что слой LiF не только поглощает, но и отражает нейтроны, в том числе и благодаря мнимой части оптического потенциала взаимодействия.

Поляризованные нейтроны позволяют осуществить принципиально иной способ детектирования стоячей волны поляризованных нейтронов. Регистрация стоячей волны осуществляется с помощью тонкого магнитного слоя, намагниченность которого неколлинеарна внешнему полю. Такой слой приводит к опрокидыванию спина при отражении и пропускании, и по интенсивности отражения или пропускания с переворотом спина можно судить о плотности нейтронов в точках расположения магнитного слоя.

На рис. 14 приведены зависимости от длины волны коэффициентов отражения нейтронов R++, R+- и R-+ для структуры Cu(10нм)/Ti(50нм)/Fe(12нм)/Ti(150нм)/Cu(100нм) при различных значениях угла (0, 10, 25 и 80 градусов) между направлением напряженности внешнего магнитного поля B = 4.5 кОе и плоскостью образца. Видно, что зависимости R++ и R+- антикоррелируют подобно зависимостям, соответствующим регистрации пучков отраженных нейтронов и альфа-частиц. Положение максимумов и минимумов соответствует с одной стороны попаданию узлов и пучностей на слой железа, а с другой стороны – с возникновением режима усиления.

В четвёртой главе описаны экспериментальные исследования наноструктур, выполненые с использованием стоячих нейтронных волн. Наноструктуры находят применение в датчиках температуры, давления, магнитного поля и так далее, а также радиационного излучения. Для диагностики состояния активной зоны реактора, окружающих замедителей нейтронов и систем охлаждения и так далее, датчики размещают непосредственно вблизи источника радиоактивного излучения. В этой связи актуальным является вопрос об уровне излучения, который разрушает наноструктуры и делает непригодным их использование. Выполненые исследования показали, что режим стоячих волн в слое титана является чувствительным к дозе облучения 21011 см-2 ионами хрома с энергией 245 МэВ и дозе облучения 1010 см-2 альфачастицами с энергией 5 МэВ, что на два-три порядка меньше тех доз облучения, которые приводят к аморфизации материала, видимой в дифракционных экспериментах. Характер изменения волнового поля нейтронов указывает на появление в слое титана кластеров с линейным размером порядка 10 нм.

Магнитное состояние бислоя Fe/Gd характеризуется тем, что намагниченности слоёв в бислое в зависимости от толщины слоёв, температуры и величины внешнего магнитного поля могут иметь разные направления по отношению друг к другу и к направлению магнитного поля.

Экспериментальные данные отсутсвуют для комнатной температуры, измерения при которой сложны из-за малой величины обменного взаимодействия атомов гадолиния. В этой связи нами были приготовлены образцы, пригодные для исследований в режиме стоячих волн. Были проведены измерения при комнатной температуре в магнитном поле 360 Э и 4.5 кЭ для структур Fe(120 ), Fe(120 )/Gd(30 ), Fe(60 )/Gd(30 ) и Fe(30 )/Gd(30 ), в которых изменялась толщина слоя железа. Полученные результаты подтверждают ранее полученные данные о существовании в бислое магнитно-неколлинеарного состояния при комнатной температуре.

Видно, что степень неколлинеарности возрастает до толщины слоя железа, которая сравнима со среднеквадратичным значением амплитуды шероховатостей на границе раздела. Поэтому, сделан вывод, что данное магнитно-неколлинеарное состояние связано с неоднородностями состава вещества в плоскости.

Решение проблемы сосуществования ферромагнетизма и сверхпроводимости в слоистой структуре во многом связано с задачей определения изменений магнитной структуры вблизи границы раздела при установлении сверхпроводимости в одном из её слоёв. В этой связи использование режима стоячих волн является актуальным в связи с возможностью сканирования плотностью нейтронов в окрестности границы раздела. Для исследований проблемы сосуществования ферромагнетизма и сверхпроводимости была выбрана наноструктура V(39 нм)/Fe(3 нм)/20[V(3 нм)/Fe(3 нм)], в которой сверхпроводник V(39 нм) находился в контакте с ферромагнетиком Fe(3 нм). Здесь структура 20[V(3нм)/ Fe(3нм)] играла роль генератора стоячих волн. Период стоячих волн в слое V(39 нм) составил 60, а амплитуда стоячей волны изменялась по глубине в 6 раз.

На рис. 15 приведена зависимость отношения коэффициентов отражений для плюс и минус спиновых состояний нейтрона от величины переданного момента при температурах 3 и 7К и значениях напряжённости магнитного поля 200, 700, 1500 и 4500 Э. При Q < 0.1 -видны осцилляции, определяемые толщиной всей периодической структуры, а вернее интерференцией двух крайних границ периодической структуры. При Q = 0.1 -1 наблюдается брэгговский максимум отражения нейтронов от периодической структуры. Видно, что с увеличением поля амплитуда осцилляций и брэгговский максимум возрастают, что отражает факт подмагничивания структуры. При этом, при Н = 200 и 700 Э практически нет разницы между кривыми, соответствующими 3 и 7 К. При Н= 1500 и 4500 Э кривая для 3К проходит ниже кривой для 7К. Исключением здесь, однако, является брэгговский максимум. Это говорит о том, что на границе слоя железа с толстым слоем ванадия происходит образование доменной структуры.

На Рис. 16 приведена зависимость сечения диффузного рассеяния нейтронов от расстояния до границы раздела, полученная благодаря созданию режима стоячих нейтронных волн. Видно, что при температуре 3К происходит симметризация зависимости. При этом, все кривые при 3К подобны друг другу. Это также указывает на образование по обе стороны границы раздела доменов. Таким образом, впервые экспериментально наблюдено, что переход толстого слоя ванадия в сверхпроводящее состояние приводит к образованию в окрестности границы раздела доменной структуры.

Возбуждение наноструктуры звуковой волной может явиться способом определения её характеристик по спектру колебаний вещества структуры в слоях и на границах раздела.

Измерение величины переданного момента от звуковой волны нейтрону в слое структуры было выполнено с помощью резонаторной структуры. Структура возбуждалась продольным звуком со стороны подложки. Резонаторная структура с поглощающим слоем в фазосдвигательном слое имеет минимумы в зависимости коэффициента отражения от длины волны, соответствующие попаданию при данных длинах волн максимума стоячей волны на поглощающий слой. При возбуждении структуры звуком нейтрон получает от звуковой волны импульс. В результате, при прохождении нейтроном фазосдвигающего слоя его фаза изменяется, что приводит к изменению коэффициента отражения. Поскольку момент звуковой волны достаточно малый (10 -1) по сравнению с перпендикулярной компонентой момента нейтрона (10-2 -1), нейтроны будут квазиупруго рассеиваться на звуковых колебаниях. И это будет проявляться в уменьшении коэффициента отражения нейтронов в его максимумах, и в увеличении – в минимумах. Полученные экспериментальные данные указывают на многоквантовый характер передачи момента.

В главе 5 рассматриваются перспективы использования режима стоячих нейтронных волн. Перспективы использования стоячих и усиленных стоячих нейтронных волн для применения их в исследованиях наноструктур связаны прежде всего с увеличением их пространственного разрешения. Это достигается использованием в качестве усиливающего и отражающего слоёв периодической структуры, отражающей нейтроны при брэгговском значении волнового вектора kB = /d, гле d - толщина бислоя в ПС, превышающем критическое значение волнового вектора ( 10-2 -1). На рис. 17 показано распределение плотности нейтронов в периодической структуре, обусловленное образованием стоячей волны. Видно, что контраст в стоячей волне (разница межу максимальным и минимальным значениями плотности) падает в глубь структуры. При этом, максимальное значение плотности возрастает с увеличением толщины структуры, но не может быть больше четырёх.

Совсем другая ситуация реализуется в резонаторной структуре. На рис. 18 приведена зависимость плотности для резонаторной структуры 2500[Be(15)/Bi(15)]/Bi(60)/ 2500[Be(15)/Bi(15)] в окрестности её центрального слоя Bi(60). Видно, что в резонаторной структуре существует усиление не только в фазосдвигающем слое, но и в усиливающем и отражающем слоях. Суммарное усиление во всей структуре может в несколько раз превышать усиление в фазосдвигающем слое Bi(60). Таким образом, такая резонаторная структура кроме повышения чувствительности и пространственного разрешения к объектам (поглощающий или магнитнонеколлинеарный слой), является более чувствительной и к определению параметров шероховатостей на границах раздела самих периодических структур.

Режим усиленных стоячих нейтронных волн может найти применение для разработки монохроматоров, коллиматоров, поляризаторов (анализаторов поляризации) и источников пучков нейтронов с микронными линейными размерами. Предельные значения коллимации и монохроматизации определяется предельно достижимым фактором усиления плотности и формулируются как относительное отклонение порядка 10-5 для углов скольжения 1-3 мрад и длин волн нейтронов 1-5.

Принципиально иным и новым является использование резонаторных структур в спектрометрии нейтронов для измерения сверхмалых передач импульса. Это соответствует для конденсированного состояния области низкочастотных колебаний (1кГц - 1ГГц) и крупномасштабных неоднородностей (0.1 - 100мкм). Физическая особенность использования резонаторных структур состоит в том, что переданный импульс кодируется в разности фаз “+” и “-” амплитуд отражения нейтронов от магнитной структуры (нано-спин-прецессор (НСП), Рис.

19а,б), которая благодаря усилению имеет большую производную по перпендикулярной компоненте волнового вектора (Рис. 19в). С практической точки зрения НСП более компактны чем макроскопические спин-прецессоры и не требуют большой мощности для поддержания их в намагниченном состоянии. Исследования НСП, выполненных ввиде структур Fe/Si/Cu, показали их пригодность для объявленных целей. Была получена крутизна, позволяющая их использовать в частотном диапазоне 10-100 КГц. По результатам этих исследований выполнено физическое обоснование спин-эхо спектрометра для реактора ИБР-2, позволяющего измерять спектры колебаний с волновыми векторами, направленными как вдоль, так и поперёк пучка нейтронов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. В.Л. Аксёнов, Ю.В. Никитенко. Исследования с поляризованными нейтронами. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 1997, т. 12, с. 5-12.

2. В.Л. Аксёнов, Ю.В. Никитенко, С.В. Кожевников, Ф. Раду, Р. Круйс, Т. Реквельдт.

Генерация стоячей нейтронной волны при полном отражении поляризованных нейтронов. - Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2000, т. 8, с. 10-15.

3. V.L. Aksenov, Yu.V. Nikitenko, S.V. Kozhevnikov, F. Radu, R. Kruijs, M. Th. Rekveldt.

Generation of neutron standing waves at total reflection of polarized neutrons. – Dubna, 1998. 10 p. ( Препринт/ Объед. ин-т ядерн. исслед.: D3-98-369).

4. В.Л. Аксёнов, Н.А. Гундорин, Ю.В. Никитенко, Ю.П. Попов, Л. Чер. Наблюдение стоячих нейтронных волн при полном отражении нейтронов методом прецизионной гаммаспектроскопии. - Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2000, т. 6, с. 7-10.

5. V.L. Aksenov, V.K. Ignatovich, Yu.V. Nikitenko, Neutron Standing Waves in Layered Systems. - Crystallography Reports, 2006, V. 51(5), p. 734-753.

6. V.L. Aksenov, Yu.V. Nikitenko. Neutron standing waves investigations with polarized neutrons. - Physica B, 1999, v. 267-268, p. 313-319.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.