ИССЛЕДОВАНИЯ В ОТДЕЛЕ НЕЙТРОННОЙ ОПТИКИ

А.Ф.Щебетов, С.В.Метелев, Б.Г.Песков, Н.К.Плешанов, В.М.Пусенков, В.Г.Сыромятников, В.А.Ульянов

В Отделе нейтронной оптики в 2001 г. проводились исследования свойств пленок Fe, Co, Ti, CoFe и тонкопленочных структур Co/Ti, Fe/Al, FeCoV/TiZr методом рефлектометрии поляризованных нейтронов.

Свойства межслойных границ в многослойных структурах Co/Ti, Fe/Al исследовались при помощи незеркального рассеяния поляризованных нейтронов [1]. Интенсивность зеркально отраженных нейтронов содержит информацию о распределение ядерной и магнитной плотности перпендикулярно поверхности структуры, а интенсивность незеркально рассеянных нейтронов содержит информацию о корреляционных параметрах межслойных границ вдоль их поверхности. Результаты измерений интерпретируются в рамках борновского приближения искаженных волн для конформно коррелированных шероховатостей межслойных границ. В работах [2,3] изучались свойства межслойных границ периодической структуры FeCoV/TiZr. Впервые было установлено существование трудно намагничиваемых магнитных неоднородностей в FeCoV/TiZr, расположенных на межслойных границах. Направления намагниченностей этих неоднородностей коррелированы по глубине структуры. Измеренный корреляционный размер магнитных неоднородностей в плоскости плёнки равен » 5 мкм и совпадает с корреляционным размером химической шероховатости межслойных границ. В размагниченном состоянии направления магнитной индукции доменов не коррелированы по глубине структуры, а размер доменов в плоскости плёнки равен 5 - 10 мкм и совпадает с корреляционным размером химической шероховатости межслойных границ. Экспериментально определена толщина немагнитных интердиффузных слоёв в периодической структуре FeCoV/TiZr, равная 10 ± 2 Å.

Распределение доменов в FeCoV/TiZr изучалось методом деполяризации нейтронов при различных магнитных полях. Результаты представлены в работе [4]. Было обнаружено, что направление намагниченности не совпадает с плоскостью пленки и угол составляет 2 - 3 °. Показано, что домены охватывают 10 - 20 бислоев вглубь пленочной структуры.

В работе [5] изучалось окисление тонких пленок Co, Fe, CoFe и Ti, отожженных в воздухе. Установлено, что эволюция таких систем при окислении не может быть объяснена в рамках простой модели металла и окисного слоя с шероховатыми поверхностями. Однако, для немагнитных пленок Ti, когда окисный слой достаточно тонкий, такая модель дает удовлетворительные результаты.

В работе [6] исследовалось влияние больших доз радиации на поляризующие (FeCoV/TiZr) и неполяризующие (NiMo/Ti и Ni/Ti) суперзеркала. Образцы облучались на реакторе ВВР-М в вертикальном канале в потоках тепловых нейтронов и нейтронов с энергиями более 1 MeV, равных (0,6 - 1)x10¹³ и 2x10¹¹ см^-2с^-1, соответственно. Во время облучения температура образцов не превышала 70°C. Поляризующая эффективность и коэффициент отражения суперзеркал практически не изменялись вплоть до флюенсов 10¹⁹ см^-2.

Поляризующие суперзеркала FeCoV/TiZr, производимые в ПИЯФ на основе магнитно-анизотропных пленок, могут быть использованы в качестве реманентного поляризатора [7] (выбор спиновой компоненты осуществляется ориентацией такого суперзеркала) во внешних полях до 30 Э. Рефлектометрия поляризованных нейтронов с фазовым анализом может быть реализована в схеме "реманентный поляризатор - образец - реманентный анализатор" (без использования спин-флипперов) при условии, что суперзеркала вращаются относительно нормалей к их поверхностям. Было показано, что прецессионный фронт параллелен поверхности образца (нефронтальная прецессия спина). Сделан вывод, что такая схема позволяет измерять три компоненты вектора поляризации рассеянных нейтронов в момент их рассеяния от поверхности образца.

В [8] отмечены некоторые возможности использования магнитно-анизотропных структур. Бесполевые поляризаторы уникальны как формирователи, так и анализаторы поляризованных пучков. Предложен бесполевой 3D-поляризатор на основе двух реманентных многощелевых нейтроноводов, намагниченных во взаимно перпендикулярных направлениях. Такое устройство, использованное как анализатор, позволит измерять три компоненты вектора поляризации в отсутствии магнитных полей, спин-флипперов или вращателей спина. В принципе, становится возможной работа с поляризованными нейтронами без внешних магнитных полей (бесполевая инструментальная техника).

В работе [9] предложен кварцевый поляризующий микробендер для холодных, тепловых и горячих нейтронов на основе поляризующего суперзеркала на кварцевой подложке, прозрачной для нейтронов и света. Проанализированы свойства этого микробендера по отношению к аналогичному устройству на кремнии. Толщина кварцевой подложки может быть 0,05 мм, что ведет к миниатюризации устройства и хорошему пропусканию нейтронов (например, можно развернуть поток нейтронов 5 Å на 90°). Для микробендера, имеющего суперзеркальное покрытие Fe/Ge (80 пар слоев) на кварце и с поглощающим слоем гадолиния сверху получены оценки пропускания и поляризующей эффективности в диапазоне l = 3 - 15 Å, равные T і 0,85 и P і 0,80.

Продолжены работы по изучению поведения спина нейтрона в магнитном поле. В [10] рассмотрена нейтронная поляризация, особое внимание уделено квантовым аспектам поведения нейтронного спина в однородном магнитном поле. Обычно ларморовское уравнение хорошо описывает поведение нейтронного спина. Вместе с тем, для нейтронов с низкой энергией могут стать существенными квантовые аспекты. Если эффективным является не полный импульс, а его компонента, на несколько порядков меньшая, как это имеет место в нейтронной рефлектометрии, то квантовые аспекты могут играть существенную роль даже для тепловых нейтронов. Показано, что суперпозиция двух фермионных состояний, разница фаз между которыми меняется с частотой w, эквивалентна состоянию со спином, вращающимся относительно некоторой оси с периодом 2p /w, причем это вращение равномерно, только если эти два состояния ортогональны.

[1]. Syromyatnikov V.G., Toperverg B.P., Kentzinger E., Deriglazov V.V., Kampmann R., Pleshanov N.K., Pusenkov V.M., Schebetov A.F., Siebrecht R., Ul'yanov V.A.. Off-specular polarized neutron scattering from periodic Co/Ti and aperiodic Fe/Al magnetic multilayers. - Physica B, 2001, v. 297/1-4, p.175.
[2]. Van de Kruijs R.W.E., Ul'yanov V.A., Rekveldt M.Th., Fredrikze H., Pleshanov, N.K., Pusenkov V.M., Syromyatnikov V.G., Schebetov A.F., Langridge S. Probing magnetic structures by Neutron Reflectometry: Off-specular scattering from interfaces and domains in FeCoV / TiZr multilayers. // Physica B 297/1-4 (2001) 180.
[3]. Van de Kruijs R.W.E, Fredrikze H., Rekveldt M.Th., Ul'yanov V.A., Pleshanov N.K., Pusenkov V.M., Schebetov A.F., Syromyatnikov V.G., Langridge S. Polarization analysis of off-specular neutron scattering from magnetic domains and rough interfaces. // ISIS Facility Annual Report 2000-2001, 38.
[4]. Kraan W.H., Rekveldt M.T., Ul'yanov V.A., Zabenkin V.N., Akselrod L.A., Gordeev G.P., Pusenkov V.M., Sellmann R. Study of domain structures in FeCo/TiZr multilayers by means of 3D neutron depolarisation.//Journal of Magnetism and Magnetic Materials 236 (2001) 302.
[5]. Metelev S.V., Pleshanov N.K., Menelle A., Pusenkov V.M., Schebetov A.F., Soroko Z.N., Ul'yanov V.A. The study of oxidation of thin metal films by neutron reflectometry. // Physica B 297/1-4 (2001) 122.
[6]. Ul'yanov V.A., Boni P., Khamov V.N.,.Orlov S.P, Peskov B.G., Pleshanov N.K., Pusenkov V.M., Schebetov A.F.,.Serebrov A.P,.Sushkov P.A, Syromyatnikov V.G. The effect of large irradiation doses on polarizing and nonpolarizing supermirrors. Physica B 297/1-4 (2001) 136.
[7]. Pleshanov N.K., Bodnarchuk V., Gaehler R., Korneev D.A., Menelle A., Metelev, S.V., Pusenkov V.M., Schebetov A.F., Ul'yanov V.A. The use of remanent supermirrors for polarized neutron reflectometry with phase analysis. Physica B 297 (2001) 126-130.
[8]. Pleshanov N.K. Zero-field polarized neutron optics and new possibilities. // Physica B 297 (2001) 131.
[9]. Syromyatnikov V.G., Alexeev V.L.. Polarizing supermirror microbender on quartz. Physica B, 2001, v. 297/1-4, p.148.
[10]. Pleshanov N.K. Quantum aspects of neutron spin behavior in homogeneous magnetic field. Physica B 304 (2001) 193.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33