Способ определения пространственных профилей ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия поляризованных нейтронов со слоистой структурой

Использование: для определения пространственных профилей ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия поляризованных нейтронов со слоистой структурой. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют измерение в недеполяризующем нейтроны магнитном поле соответствующих четырем поляризационным состояниям нейтронов четырех интенсивностей пропускания нейтронов через магнитное поле и четырех интенсивностей отражения нейтронов от калибровочной структуры, при этом дополнительно измеряют в деполяризующем нейтроны магнитном поле четыре интенсивности пропускания поляризованных нейтронов через магнитное поле и четыре интенсивности отражения нейтронов от исследуемой структуры, из измеренных интенсивностей нейтронов в недеполяризующем и деполяризующем магнитных полях определяют соответствующие спиновым переходам нейтронов четыре коэффициента отражения нейтронов от исследуемой структуры в деполяризующем нейтроны магнитном поле, из коэффициентов отражения нейтронов определяют пространственные профили ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия нейтронов со слоистой структурой в деполяризующем магнитном поле. Технический результат: обеспечение возможности измерения в деполяризующем поляризованные нейтроны магнитном поле пространственных профилей ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия поляризованных нейтронов со слоистой структурой. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области исследований магнитных конденсированных сред поляризованными нейтронами, в частности, методики диагностики магнитного состояния слоистой структуры, что важно для установления соответствия физических свойств слоистой структуры ее микроструктурным магнитным характеристикам.

Известен способ измерения ядерного и магнитного пространственных профилей (зависимостей) потенциала взаимодействия поляризованных нейтронов с магнитно-коллинеарной слоистой структурой [1]. Сущность способа заключается в том, что с помощью рефлектометра поляризованных нейтронов с двумя состояниями "включено (вкл)" и "выключено (выкл)" двух спин-флипперов нейтронов (спин-флиппер изменяет на противоположное исходному направление поляризации нейтронов) измеряют четыре интенсивности отражения поляризованных нейтронов от исследуемой структуры и четыре интенсивности пучка нейтронов. Измерения проводят в достаточно большом магнитном поле (несколько килоэрстед), обеспечивающем магнитное насыщение исследуемой структуры. Из полученных восьми зависимостей интенсивностей нейтронов от переданного волнового вектора нейтронов Q определяют две величины - коэффициенты отражения нейтронов от исследуемой структуры R⁺⁺(Q) и R^-(Q) для переходов "++" и "-", соответственно. Из коэффициентов отражения нейтронов определяют пространственные профили ядерного U(x) и магнитного М(х), где х - координата в направлении перпендикулярно слоям структуры, потенциалов взаимодействия нейтронов со слоистой структурой. Из пространственных профилей определяют такие характеристики вещества, как плотность атомов, амплитуды когерентного рассеяния нейтронов ядрами атомов и сечения реакций взаимодействия нейтронов с ядрами, намагниченности слоев структуры, направление вектора намагниченности в слоях и другие.

Известен способ измерения пространственных профилей магнитно-неколлинеарной слоистой структуры U(x) и (Mz(x), Мху(х)), являющийся прототипом [2]. В прототипе измеряют в недеполяризующем нейтроны магнитном поле соответствующие четырем поляризационным состояниям нейтронов четыре интенсивности пропускания нейтронов через магнитное поле, четыре интенсивности отражения нейтронов от калибровочной структуры и четыре интенсивности отражения нейтронов от исследуемой структуры.

Недостатком прототипа является невозможность определения пространственных профилей слоистой структуры в небольшом деполяризующем нейтроны магнитном поле, величиной порядка 0.1-10 Э. Это связано с тем, что небольшое магнитное поле в областях ДО1 и ДО2 (Фиг. 1), наряду с исследуемой структурой, само, подобно исследуемой структуре, изменяет степень поляризации нейтронов. В этой связи, для определения коэффициентов отражения нейтронов от магнитно-неколлинеарной структуры R⁺⁺(Q), R^+-(Q), R^-+(Q) и , из которых определяются пространственные профили, необходимо знать вероятности переворота поляризации нейтронов магнитным полем fh1 и fh2 в областях ДО1 и ДО2, соответственно.

Технической задачей является измерение в деполяризующем поляризованные нейтроны магнитном поле пространственных профилей ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия поляризованных нейтронов со слоистой структурой.

Техническая задача решается тем, что дополнительно измеряют в деполяризующем нейтроны магнитном поле четыре интенсивности пропускания поляризованных нейтронов через магнитное поле и четыре интенсивности отражения нейтронов от исследуемой структуры, из измеренных интенсивностей нейтронов в недеполяризующем и деполяризующем магнитных полях определяют соответствующие спиновым переходам нейтронов четыре коэффициента отражения нейтронов от исследуемой структуры в деполяризующем нейтроны магнитном поле, из коэффициентов отражения нейтронов определяют пространственные профили ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия нейтронов со слоистой структурой в деполяризующем магнитном поле.

Существенным признаком изобретения является измерение четырех интенсивностей пропускания нейтронов через недеполяризующее нейтроны магнитное поле. Интенсивности нейтронов соответствуют четырем состояниям двух спин-флипперов, а именно "вкл, вкл", "вкл, выкл", "выкл, вкл" и "выкл, выкл". Эти интенсивности записываются в виде системы уравнений (1)

где I₀ - коэффициент, определяемый интенсивностью нейтронов на входе в поляризатор и эффективностью регистрации нейтронов детектором, Р_р - поляризующая способность поляризатора, Р_а - поляризующая способность анализатора, f1 - вероятность переворота поляризации нейтронов первым (входным) спин-флиппером, f2 - вероятность переворота поляризации нейтронов вторым (выходным) спин-флиппером. В результате из системы (1) определяются параметры I₀, РаРр, f1 и f2.

Существенным признаком изобретения является измерение четырех интенсивностей отражения нейтронов от калибровочной структуры с коэффициентами отражения Rc⁺⁺ и Rc^--. Эти интенсивности записываются в виде системы уравнений (2)

где F1=1-2f1, F2=1-2f2. В результате, из системы (2) определяются параметры Ра, Рр, Rc⁺⁺ и Rc^--.

Существенным признаком изобретения является измерение четырех интенсивностей пропускания нейтронов через деполяризующее нейтроны магнитное поле. Эти интенсивности записываются в виде уравнений (3)

где fs1=f1+fh1(1-2f1), fs2=f2+fh2(1-2f2). Из (3) определяют вероятности переворота поляризации нейтронов в магнитном поле fh1 и fh2 соответственно в областях DO1 и DO2 по соотношениям (4)

Существенным признаком изобретения является измерение в деполяризующем магнитном поле четырех интенсивностей отражения нейтронов от исследуемой структуры. Эти интенсивности записываются так

где Fh2=1-2fh2, Fs2=1-2fs2, Fh1=1-2fh1, Fs1=1-2fs1, R⁺⁺, R^+-, R^-+, R^-- - коэффициенты отражения нейтронов исследуемой структурой для спиновых переходов "++", "+-", "-+" и "--", соответственно.

В результате решения системы уравнений (5) определяются коэффициенты отражения нейтронов исследуемой структурой, а именно, R⁺⁺(Q), R^+-(Q), R^-+(Q), .

Из зависимостей коэффициентов отражений нейтронов R⁺⁺(Q), R^+-(Q), R^-+(Q), R^--(Q) определяют с использованием решений уравнения Шредингера пространственные зависимости ядерного U(x) и магнитного (Mz(x), Мху(х)) потенциалов взаимодействия нейтронов с исследуемой структурой. В результате, поставленная цель оказывается достигнутой. Слоистая структура, магнитные слои которой имеют большие значения коэрцетивной силы, может быть исследована в малых магнитных полях.

Осуществление изобретения продемонстрировано на Фиг. 1, на которой представлена схема рефлектометра поляризованных нейтронов, где:

- 1 и 2 - области магнитного поля, в которое помещена слоистая структура

- 3 - слоистая исследуемая или калибровочная структура

- 4 - пучок, проходящий магнитное поле и регистрируемый нейтронным детектором,

- 5 - пучок, отраженный от слоистой структуры и регистрируемый нейтронным детектором,

- 6 - поляризатор нейтронов,

- 7 - первый спин-флиппер нейтронов,

- 8 - второй спин-флиппер нейтронов,

- 9 - анализатор поляризации,

- 10 - детектор нейтронов,

- 11 и 12 - полюса электромагнита

Литература:

1. И.И. Гуревич, Л.В. Тарасов, Физика нейтронов низких энергий, Москва, Наука, 1965, 296 с.

2. Роr Р.Т., Kraan W.H., Rekveldt M. Th., Nucl. Instr. Meth. A. 1994. V. 339. P. 550.

Способ определения пространственных профилей ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия поляризованных нейтронов со слоистой структурой, включающий измерение в недеполяризующем нейтроны магнитном поле соответствующих четырем поляризационным состояниям нейтронов четырех интенсивностей пропускания нейтронов через магнитное поле и четырех интенсивностей отражения нейтронов от калибровочной структуры, отличающийся тем, что дополнительно измеряют в деполяризующем нейтроны магнитном поле четыре интенсивности пропускания поляризованных нейтронов через магнитное поле и четыре интенсивности отражения нейтронов от исследуемой структуры, из измеренных интенсивностей нейтронов в недеполяризующем и деполяризующем магнитных полях определяют соответствующие спиновым переходам нейтронов четыре коэффициента отражения нейтронов от исследуемой структуры в деполяризующем нейтроны магнитном поле, из коэффициентов отражения нейтронов определяют пространственные профили ядерного и магнитного потенциалов взаимодействия нейтронов со слоистой структурой в деполяризующем магнитном поле.