Развитие методики спин-эхо малоуглового рассеяния нейтронов для исследований конденсированного состояния

Заключение

.

В результате проделанной работы достигнуты следующие результаты:

1) Создана экспериментальная установка СЭМУРН в ПИЯФ. Доступный диапазон измерительных масштабов установки 30−300 нм. На созданной установке были произведены измерения опалоподобных поликристаллов, состоящих из монодисперсных сфер 8102 с диаметром с1 = 270 нм, 405 нм и 516 нм. Из проведенных измерений видно, что установка СЭМУРН ПИЯФ является эффективным чувствительным прибором измерения пространственных корреляций.

2) Проведены экспериментальные исследования малоуглового магнитного рассеяния никелевыми пленками на медной подложке. Эксперименты впервые демонстрируют возможности метода СЭМУРН в исследовании магнитных структур. Результаты экспериментов следующие: (1) получены корреляционные функции пространственного распределения доменов как для образцов с толщинами никелевой пленки от 10 до 21 мкм, так и для образцов, состоящих из нескольких пленок- (и) показана температурная эволюция доменной структуры никелевой пленки в интервале температур от 300 до 630 К.

3) Проведены экспериментальные исследования спинового эха с двукратным расщеплением нейтронной волны в одном плече спин-эхо прибора. Обнаруженный в этом режиме интерференционный сигнал доказывает факт одновременного сосуществования четырех волновых состояний нейтрона. Такое расщепление волновых состояний является необходимым условием реализации многоволнового нейтронного спинового эха.

4) Произведен анализ продуктивности установок СЭМУРН. Получена аналитическая формула, позволяющая рассчитать точность проводимых измерений в зависимости от варьируемых параметров эксперимента. Показано, что для эффективного использования спин-эхо установок в исследовании образцов с малым сечением рассеяния (< 1% рассеянных нейтронов) необходимо добиваться значений поляризации Р0 выше 0,95, тогда как на современных СЭМУРН приборах Р0< 0,85.

5) Выполнен сравнительный анализ эффективности спин-эхо установок со стандартной установкой МУРН. Для модели рассеяния на разбавленных монодисперсных сферах выведена аналитическая формула, позволяющая рассчитать относительную эффективность измерений спин-эхо установки по сравнению со стандартным спектрометром. Продемонстрировано, что эффективность лучшей из действующих спин-эхо установок может быть выше, чем у стандартного спектрометра. При доле рассеянных нейтронов в.

10% такая ситуация реализуется, когда радиус исследуемых частиц Reff больше 150 нм. Улучшение характеристик спин-эхо спектрометров может снизить этот порог до Reff= 20 нм.

6) Дисперсионный анализ корреляционной функции СЭМУРН, анализ параметров магнитного поля и геометрии спин-эхо прибора выявил следующие направления развития методики и техники спинового эхо: (i) повышение однородности поля, уменьшение протяженности установки вдоль нейтронного пучка позволит повысить эффективность установки на 1−2 порядка- (и) пространственное разрешение установки позволит проводить измерения либо материалов с пространственно неоднородным распределением структурных элементов, либо нескольких образцов одновременно- (Ш) возможность измерения преломления на сверхмалые углы в методе СЭМУРН позволит использовать его в рефракционной нейтронной интроскопии- (iv) моделирование многоволнового спинового эха демонстрирует высокую эффективность при выделении периодических модуляций корреляционной функции.

1. М. Th. Rekveldt., Neutron spin-echo technique applied to 3-D neutron polarisation analysis in magnetised media Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 374, 1996, 79−84p.

2. F. Mezei, Neutron spin echo: A new concept in polarized thermal neutron techniques, Z. Phys., 255, 1972,146p.

3. F. Mezei, Concept of Neutron Spin-Echo, Neutron Spin-Echo, Lecture Notes in Physics, edited by F. Mezei Springer, Berlin, 1980, p 8−25.

4. R. Pynn, Neutron Spin-Echo and Three-Axis Spectroscopy, Neutron SpinEcho, Lecture Notes in Physics, edited by F. Mezei Springer, Berlin, 1980, p 30−38.

5. T. Keller, R. Gaehler, H. Kunze, and R. Golub, Features and performance of a NRSE spectrometer at BENSC, Neutron News 6, 1995, 16.

6. R. Gahler, R. Golub, K. Habicht, T. Keller, and J. Felber, Space-time description of neutron spin echo spectrometry, Physica В 229, 1996.

7. N.F. Ramsey, Complementarity with neutron two-path interferences and separated-oscillatory-field resonances, Phys. Rev. A 48, ~1993, 80.

8. Wim G. Bouwman, Roger Pynn, M. Theo Rekveldt, Comparison of the performance of SANS and SESANS, Physica B, 350, 2004, 787−790.

9. W.G. Bouwman, О. Uca, S.V. Grigoriev, W.H. Kraan, J. Plomp, M.T. Rekveldt, Spin-echo small angle neutron scattering in Delft, J. Appl. Phys. A, 74, 2002, 115.

10. Van Hove L. Correlations in Space and Time and Born Approximation Scattering in Systems of Interacting Particles. Phys Rev, 1954, 95−249.

11. Elliot R. J., Stern H., BCHPH, 1961.

12. Timofei Krouglov, Ignatz M. de Schepper, Wim G. Bouwman and M. Theo Rekveldt, Real-space interpretation of spin-echo small-angle neutron scattering, J. Appl. Cryst. 36, 2003. 117−124.

13. Изюмов Ю. А., Озеров P. П., Магнитная нейтронография, M., 1966, pi 25 132.

14. Kraan, W. Н. & Rekveldt, М. Th., Analysis of the magnetic domain structure of electrodeposited nickel studied by neutron depolarization, J. Magn. Magn. Mater. 5, 1977, 247−257.

15. Jeroen PLOMP Spin-echo development for a time-of-flight neutron reflectometer, 2009.

16. Grigoriev SV, Kreuger R, Kraan WH, Mulder FM, Rekveldt MT, Neutron wave-interference experiments with adiabatic passage of neutron spin through resonant coils. Physical Review A 64, 2001.

17. J. Major, H. Dosch, G. P. Felcher, K. Habicht, Т. Keller, S. G. E. teVelthuis, A. Vorobiev, Combining of neutron spin echo and reflectivity: a new technique for probing surface and interface order, M. Wahl, PhysicaB 336, 2003, 8.

18. Sergey V. Grigoriev et al., Spin-echo small-angle neutron scattering study of the domain structure of an Ni layer on a Cu substrate, J. Appl. Cryst., 40, 2007, 111−115.

19. Rekveldt et al., Spin-echo small angle neutron scattering in Delft, Rev. Sci. Instrum. 76, 2005, 33 901.

20. Sergey V. Grigoriev et al., Spin-echo small-angle neutron scattering for magnetic samples, J. Appl. Cryst., 39, 2006, 252−258.

21. Halperin, O. & Holstein, Т., On the passage of neutrons through ferromagnets, Phys. Rev. 59, 1941, 960−978.

22. N.F. Ramsey, Molecular Beams, Oxford University Press, 1990!

23. S.V. Grigoriev, W.H. Kraan, F.M. Mulder, and M.Th. Rekveldt, Neutron-wave-interference experiments with two resonance coils, Phys. Rev. A 62, -2000, 63 601.

24. F.M. Mulder, S.V. Grigoriev, W.H. Kraan, and M.Th. Rekveldt, Observation of polarized neutron interference in spin space, Europhys. Lett. 51, 2000, 13.

25. B. Alefeld, G. Badurek, and H. Rauch, Observation of the neutron magnetic resonance energy shift, Z. Phys. B: Condens. Matter 41, 1981, 231.

26. R. Golub, R. Gaehler and T. Keller, Novel SANS instrument using neutron spin echo, Am.J.Phys., 62, 1994, 779−788.

27. R. Golub, R. Gaehler, Phys.Lett.A, 123, 1987,43−48.

28. R. Gaehler, R. Golub, J.Phys. (Paris), Neutron resonance spin echo, bootstrap method for increasing the effective magnetic field, 49, 1988, 1195−1202.

29. S.V. Grigoriev, Yu.O. Chetverikov, A.V. Syromyatnikov, W.H. Kraan, and M.Th. Rekveldt, Neutron-multiwave-interference experiments with many resonance coils, Phys. Rev. A, v. 68, 2003, 33 603.

30. S.V. Grigoriev, Yu.O. Chetverikov, S.V. Metelev, and W.H. Kraan, Multilevel interference of a neutron wave Phys. Rev. A, v. 74,2006, 43 605.

31. Scientific Software Developed by the ID Group электронный ресурс. Authors: О. Chubar, P. Elleaume, J. Chavanne, ID Group ESRF 2009.

32. Режим доступа: http://www.esrf.eu/Accelerators/Groups/InsertionDevices/ Software/Radia/, свободный.— Загл. с экрана, Яз. англ.