Исследование и применение эффекта пространственного расщепления нейтронного пучка в магнитных средах

• Автор: Кожевников, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 94 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Пространственное расщепление нейтронного пучка
1.1. Физическое обоснование пространственного расщепления
1.1.1. Нейтронный пучок в магнитном поле
1.1.2. Нейтронный пучок в магнитно-неколлинеарных средах
1.2. Обзор экспериментов по пространственному расщеплению
Глава 2. Экспериментальная установка и методика измерений
2.1. Спектрометр поляризованных нейтронов СПН-1
2.2. Методика измерений и калибровка рефлектометра
2.3. Экспериментальные характеристики основных элементов установки
2.3.1. Детекторы 3
2.3.2. Спин-флипперы
2.3.3. Поляризатор и анализатор
Глава 3. Экспериментальное исследование пространственного расщепления
3.1. Пропускание пучка через магнитный слой и отражение
3.2. Преломление пучка на одной границе раздела сред
Глава 4. Методические применения пространственного расщепления пучка
4.1. Нейтронный монохроматор — поляризатор
4.2. Метод определения ядерного потенциала подложки
4.3. Улучшение поляризационного анализа
4.4. Стоячие нейтронные волны на поляризованных нейтронах
4.5. Поляризационный анализ с помощью пространственного расщепления
Глава 5. Исследование магнитной структуры в бислое РеОй
5.1. Измерения в наклонном внешнем магнитном поле
5.2. Измерения в параллельном внешнем магнитном поле
Выводы
Заключение
Список работ по теме диссертации
Литература

Введение
В физике конденсированного состояния одной из важнейших областей является магнетизм слоистых структур. Магнитные среды привлекают внимание многих исследователей из-за широкого практического применения. Так, например, магнитные материалы используются как магнитопроводы в электротехнических устройствах (сердечники в трансформаторах). Магнитные плёнки применяются для магнитной записи и хранения информации (аудио- и видеозапись, гибкие и жёсткие диски в компьютерах). Постоянные магниты используются в электромоторах и других микромапштных устройствах. Магнитные материаты находят применение в датчиках магнитного поля. Для создания и анализа поляризованных пучков нейтронов используются намагниченные зеркала.
Различны требования, предъявляемые к слоистым магнитным структурам. Например, в магнитной записи существует задача повышения плотности записи информации. Для этого нужны плёнки с магнитной анизотропией, перпендикулярной плоскости. В области создания постоянных магнитов ведётся поиск материалов с большой шириной петли гистерезиса, с большой остаточной намагниченностью и т.д. Поэтому исследование зависимости свойств магнитных материалов от внешних условий, структуры образцов, способов приготовления, является актуальной задачей.
Мощным методом исследования конденсированного состояния являются тепловые нейтроны [1). Поляризованные нейтроны [2] широко используются как для изучения магнитных сред, так и для фундаментальных физических исследований [3].
В последнее время в электронике наблюдается стремление к уменьшению размеров создаваемых приборов. Для этого в них применяются магнитные материалы в виде плёнок и слоистых структур. Рефлектометрия поляризованных нейтронов является сравнительно новым (около 15 лет), но очень широко используемым методом исследования магнитных пленок. Метод основан на нейтронно-оптических явлениях [4] и состоит в измерении коэффициентов отражения нейтронов, которые попадают на поверхность плёнки под углом скольжения порядка нескольких миллирадиан. Из подгонки расчётных коэффициентов отражения к экспериментальным данным получают параметры структуры. При исследовании магнитно-неколлинеарных плёнок применяют поляризационный анализ, для чего используют поляризатор и анализатор

поляризации нейтронов. На импульсных источниках нейтронов [5], в частности, на высокопоточном импульсном реакторе ИБР-2 в Дубне [б], используется весь максвелловский спектр нейтронов. Поляризующая эффективность поляризатора и анализатора зависит от длины волны нейтронов и уменьшается с ростом длины волны, внося дополнительную ошибку в экспериментальные данные. Поэтому актуальной задачей является развитие методики рефлектометрического эксперимента с целью повышения точности данных, надёжности определения параметров.
В рефлектометрии используется скользящая геометрия. В этом случае компонента кинетической энергии нейтронов, перпендикулярная плоскости плёнки, оказывается одного порядка с магнитным и ядерным потенциалом среды. На границе раздела магнитно-неколлинеарных сред при отражении или преломлении пучка существует вероятность спиновых переходов нейтронов с изменением знака проекции спина на направление магнитного поля. При этом изменяется потенциальная энергия нейтронов в магнитном поле. Поскольку полная энергия нейтронов сохраняется, то это приводит к изменению компоненты скорости, перпендикулярной границе раздела сред. В зависимости от типа спинового перехода возникают новые пучки нейтронов, и происходит пространственное расщепление поляризованного пучка нейтронов. Этот эффект был теоретически предсказан в 1978 году [7] и экспериментально обнаружен в 1995 году [8,9]. Пространственное расщепление нейтронного пучка наблюдается в магнитно-неколлинеарных средах и зависит от свойств этих сред. В связи с этим можно использовать эффект расщепления для создания метода исследования магнитно-неколлинеарных сред. При этом измеряются параметры пучков нейтронов (углы скольжения, длина волны, интенсивность) и определяются параметры среды (магнитные потенциалы вблизи границы раздела). Если известна связь между свойствами среды и нейтронного пучка, то можно создать магнитно-неколлинеарную среду с известными свойствами (например, однородно намагниченный слой в наклонном внешнем магнитном поле) и получить пучки нейтронов с заданными параметрами (высокая степень поляризации, определённая длина волны и т.д.). Хотя к 1996 году имелись все указания на перспективность использования пространственного расщепления нейтронного пучка, детального экспериментального исследования эффекта расщепления до сих пор не проводилось.

2.3. Экспериментальные характеристики элементов рефлектометра СПН-1.
2.3.1. Детекторы
При отражении или преломлении нейтронов характерный угол рассеяния составляет порядка 10 мрад. Поэтому в таких экспериментах можно использовать позиционно - чувствительный детектор с размерами чувствительной области около 100 мм при расстоянии от образца порядка 10 м. Однокоординатный позиционно-чувствительный детектор [62] представляет собой пропорциональную многопроволочную камеру, помещённую в герметичный бокс из дюраля с входным окном размером 120x40 мм2. Внутренние размеры бокса составляют 200x100x48 мм3. Для регистрации нейтронов используется реакция 3 Не (п, р У Н + 764 кэВ. Регистрация осуществляется в газовом слое 24 мм. Для улучшения пространственного разрешения вводится пропан. Суммарное давление в детекторе равно 5,4 атм. (3,4 атм. 3Не и 2 атм. пропан). Пространственное разрешение равно 1,5-г2,5 мм (БХУНМ). Лучшее разрешение достигается в центре детектора, при смещении от центра оно ухудшается. Ширина позиционного канала равна 0,69 мм, максимальное число каналов 256. Ширина временного канала равна 128 мкс, максимальное число каналов 2048. Мёртвое время равно 30 нсек. Более подробно параметры, конструкция и принцип действия Г1ЧД описаны в работе [62].
Для определения эффективности регистрации ПЧД была собрана схема из двух детекторов - ПЧД и монодетектора (гелиевый счётчик СНМ-17, ширина временного канала равна 64 мкс, число каналов 2048). При этом измерялись три интенсивности нейтронов: Ур- интенсивность ПЧД без монодетектора перед ним, Ут-интенсивность монодетектора и Урт- интенсивность ПЧД, когда перед ним находится монодетектор:
где До - интенсивность пучка нейтронов перед детекторами; Ат=ещ>{-Ьт-Л) -коэффициент пропускания нейтронов через стенку монодетектора; Лр=ехр(-йр-/1) -коэффициент пропускания нейтронов через входное окно ПЧД; £т=1- ехр(-ст-Д) и єр - эффективность регистрации нейтронов монодетектором и ПЧД соответственно; Л -длина волны нейтрона. При записи явного вида эффективности регистрации для монодетектора предполагается, что эффективность регистрации определяется только
•Ап УУтГт