Рефлектометрия с ларморовской прецессией для изучения многослойных структур

• Автор: Жерненков, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 55 с. : 31 ил.

Содержание
Введение

1. Методы рассеяния нейтронов в комбинации со спин—эхо

1.1 Малоугловое рассеяние нейтронов с

использованием спин-эхо (SESANS)

1.2 Ларморовская дифракция высокого разрешения

1.3 Измерение углов рассеяния с помощью спин-эхо (SESAME)

1.4 Спин-Эхо рассеяния при скользящих углах (SERGIS)

2. Угловое кодирование с ларморовской

прецессией нейтронов (УКЛП)

2.1 Опция спин-эхо ZETA для рефлектометрии

2.2 Принцип метода УКЛП
3. Разделение процессов рассеяния методом углового
кодирования с ларморовской прецессией
4. Определение намагниченности пленок с помощью эффекта ларморовской псевдо-прецессии
4.1 Эффект ларморовской псевдо-прецессии при отражении
4.2 Определение величины и направления намагниченности пленки 57Fe
Выводы
Список литературы

Введение
Нейтронная рефлектометрия — экспериментальный метод исследования свойств поверхностей и границ разделов в слоистых системах с использованием отражения нейтронов. Первоначально, метод нейтронной рефлектометрии использовался для изучения немагнитных сред. Позднее, с развитием технологий, позволяющих получить пучки поляризованных нейтронов, метод существенно расширил свои возможности и стал также применяться для исследования магнитных структур. На большинстве исследовательских нейтронных источников в настоящее время установлены рефлектометры поляризованных нейтронов, которые широко применяются в различных областях науки. Использование нейтронной рефлектометрии в течение последних десятилетий способствовало существенному прогрессу в таких научных областях, как физика полимеров и жидкостей, сверхпроводимость, магнетизм поверхности, магнетизм на границах раздела в слоистых системах и т.д.
В настоящее время, с развитием методов, по созданию наноструктур, появилась необходимость в применении различных методов рассеяния нейтронов для исследования этих структур, а также в комбинировании нескольких методов для получения информации, недоступной при использовании традиционных методов.
Одним из методов рассеяния нейтронов, открывающих новые перспективы при исследовании наноструктур, является метод нейтронного спин-эхо в комбинации с традиционной нейтронной рефлектометрией.
Первоначально метод нейтронного спин—эхо (НСЭ) был разработан как специальная экспериментальная методика, применяющаяся в экспериментах по неупругому рассеянию нейтронов [1]. Метод НСЭ существенно отличался от «классических» методов неупругого рассеяния как с точки зрения

основной его идеи,- так И С ТЄХНИЧЄСКОЙТОЧКИ зрения. Принцип, заложенный) в основу метода НСЭ, заключается в использовании эффекта ларморовской прецессии; спина нейтрона в магнитном поле, который был впервые предложен Г. М. Драбкиным с соавторами в Гатчине [2]. В своей работе они показали, что если'поляризация нейтронного пучка изначально направлена вдоль вектора ведущего магнитного поля Но, то при; повороте вектора поляризации Р в плоскость, перпендикулярную вектору Но, начинается ларморовская прецессия нейтронов; Принцип метода НСЭ основывается; на том, что скорости нейтронов до и после рассеяния на образце измеряются с помощью ларморовской прецессии; спина нейтрона в магнитном поле. В такого рода измерениях информация об изменении скорости (энергии) нейтрона в процессе рассеяния напрямую связана; с количеством прецессий; его спина во внешнем магнитном поле. Обычно такой принцип позволяет очень .точно (до 10~10 эВ) контролировать изменение энергии нейтрона, что определяет высокое разрешение метода НСЭ; Отличительной особенностью НСЭ' является* то, что в данном методе отсутствует взаимосвязь между интенсивностью (коллимацией); нейтронного пучка и разрешением. Другими словами, разрешение метода определяется не коллимацией или степенью монохроматизации пучка, а величиной и однородностью магнитного поля; в котором прецессирует спин нейтрона.
«Классический» метод НСЭ успешно применялся для изучения органических кристаллов, динамики в полимерных и коллоидных системах [3-7], элементарных возбуждений в сверхтекучем 4Не [8]. Помимо неупругого рассеяния, метод НСЭ также использовался для изучения магнитных свойств парамагнитных, ферромагнитных и антиферромагнитных материалов [9—12].
Новым толчком к развитию метода НСЭ послужила идея замены классических длинных соленоидов, используемых как область прецессии (область, в* которой* вектор поляризации нейтронов прецессирует вокруг

Экраны из
папилпппаопт гплаоа
Сдвоенные радиочастотные флипперы в наклонной геометрии (бутстрап катушки)
Детектор
Рис. 10. Схема спин-эхо установки ZETA на спектрометре IN3 в геометрии рефлектометрии. L, Lf, Lfy, Z* - траектории пролета нейтронов между бутстрап-катушками в первом и втором ПСЭ для падающего, прошедшего, диффузно рассеянного и отраженного пучков, соответственно. Во вставке изображена геометрия рассеяния нейтронов: kj, kf - начальный и конечный волновые вектора нейтронов, р;, pf -компоненты векторов к; и kf, перпендикулярные поверхности образца, Qz - вектор переданного импульса.
Схема на рис. 10 в точности повторяет схему рис. 9а с той лишь разницей, что на рис. 10 углы изобажены приближенно к реальным значениям углов рассеяния в нейтронной рефлектометрии.
Монохроматический пучок поляризованных нейтронов проходит через первое ПСЭ, состоящее из двух бутстрап-катушек, расположенных на расстоянии L друг от друга (рис. 10). На длине L, вектор поляризации Р совершает некоторое количество вращений, или, другими словами, набирает фазу ларморовской прецессии ср, которая для данной скорости нейтрона v и
статического магнитного поля В определяется по формуле ф - “
(у=2.916 кНг/в) [99, 1]. Ь{, и Ь{, - траектории нейтронов между бутстрап-катушками во втором ПСЭ для прямого пучка, диффузного рассеяния и отраженного пучка соответственно. Изменение длин траекторий Ь{, Ь{у и Ь[Т
2 jryBL,