к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Рефлектометрия

Рефлектометрия (от лат. reflecto - отражаю и греч. metreo - измеряю) - совокупность методов исследования плоских границ раздела сред путём анализа зеркально отражённых от изучаемой границы пучков молекул, атомов, частиц или эл--магн. излучения. Наиб. разработана нейтронная Р., поэтому в узком смысле Р.- совокупность методов изучения плоских границ раздела сред, в основе к-рых лежит зеркальное отражение пучка низкоэнергетич. нейтронов (8008-68.jpg ), падающих под малыми углами скольжения (~10-3-10-2 рад) к плоскости границы. Р. разделяют по типу изучаемых объектов на Р. немагнитных и Р. магнитных сред. В первом случае используются пучки неполяризованных, во втором - поляризованных нейтронов (п о л я р и з а ц. Р.). Методами Р. изучают профиль ядерного нейтронно-оптич. потенциала (см. Нейтронная оптика)вдоль нормали к границе на глубинах до неск. тысяч ангстрем, а предметом излучения являются поверхности жидкостей, кристаллических или аморфных тел (массивные пластины, тонкие плёнки на подложках), а также внутр. границы в системах жидкость - жидкость, жидкость - твёрдое тело, плёнка - подложка. С помощью поляризац. Р. изучается поведение вектора локальной намагниченности по глубине, в частности особенности магн. свойств приповерхностной (толщиной8008-69.jpg) области ферромагнетиков или идеальных диамагнетиков - сверхпроводников. Объектами изучения в этом случае являются, как правило, массивные пластины или тонкие плёнки на подложках.

Р. получила развитие как один из методов исследований по физике конденспров. сред на импульсных источниках нейтронов. На рис. 1 и 2 показаны принципиальные схемы рефлектометров по методу времени пролёта. Полихроматич. пучок тепловых нейтронов от импульсного источника, сформированный с помощью поглощающих диафрагм (коллиматоров) 1, 2 (рис. 1), падает на поверхность или внутр. границу раздела образца 3 под углом скольжения8008-70.jpg рад [угол8008-71.jpg имеет разброс8008-72.jpg]. Зеркально отражённые нейтроны регистрируются детектором нейтронов 4 и одновременно анализируются по скорости (длине волны) с помощью электронного устройства (временного анализатора), по времени регистрации, т. с. по времени пролёта нейтроном расстояния от источника до детектора. В поляризац. рефлектометре (рис. 2) падающий пучок предварительно поляризован с помощью поляризатора нейтронов 1, а образец 6 размещён в зазоре эл--магн. системы 5 (напр., системы колец Гельмгольца), позволяющей создавать на образце магн. поле, изменять его направление н (или) величину. Эл--магн. система обеспечивает две важные функции: а) воздействует магн. полем на образец; б) задаёт определ. направление вектора поляризации Р падающих нейтронов относительно поверхности образца. Последнее обеспечивается благодаря адиабатич. проведению спина нейтронов в магн. полях установки. Спец. эл--магн. устройство - спин-флиппер 4 обеспечивает изменение знака поляризации в падающем пучке. Изменение угла8008-76.jpg производится с помощью механич. устройства поворота образца. Подвижный детектор позволяет измерять как отражённый, так и падающий пучки. Разность координат детектора, соответствующих положениям максимумов прямого и отражённых пучков, позволяет определить угол8008-77.jpg с высокой точностью. Совершенствование рефлектометров идёт по пути применения однокоординатных позиционно-чувствит. детекторов нейтронов высокого разрешения (8008-78.jpg мм), а также применения многопучкового способа облучения образца, т. е. формирования не одного, а двух или более разнесённых по углу8008-79.jpg узких пучков с раздельной регистрацией каждого из них после отражения.
8008-73.jpg

Рис. 1. Схема нейтронного рефлектометра: 1, 2 - диафрагмы; 3 - образец, поверхность которого облучается узкоколлимированным пучком тепловых нейтронов п от источника; 4 - детектор, регистрирующий нейтроны, зеркально отраженные от поверхности образца,8008-74.jpg - угол скольжения. Типичное расстояние от диафрагмы 1 до детектора 6-10 м.
8008-75.jpg

Рис. 2. Схема поляризационного нейтронного рефлектометра: 1 - поляризатор полихроматических тепловых нейтронов; 2 - диафрагмы; 3 - постоянные магниты для адиабатической проводки спина нейтрона; 4 - спин-флиппер, обеспечивающий при включении реверс вектора поляризации Р относительно ведущего магнитного поля; 5 - система колец Гельмгольца, задающая направление вектора Н относительно плоскости образца; 6 - образец; 7 - детектор, регистрирующий зеркально отражённый пучок.
8008-81.jpg

Рис. 3. Экспериментальная зависимость коэффициента отражения8008-82.jpg8008-83.jpg

от поверхностей одного и того же образца стекла (пластина), получаемого разливом на жидком олове; 1, 2 - коэффициенты отражения от поверхностей, граничащих с оловом и воздухом соответственно. На вставках: пространственная зависимость потенциалов U(z), обеспечивающих подгонку кривых8008-84.jpg . Заштрихованы области шероховатости.

В Р. результаты измерения представляются в виде коэф. отражения8008-80.jpg (рис. 3), связанного с интенсивностями падающего I0(kz) и зеркально отражённого I(kz)пучков соотношением8008-85.jpg

Здесь kz - нормальная к границе раздела компонента волнового вектора падающего нейтрона k (kz =8008-86.jpg). Теоретич. интерпретация функции R(kz)основывается на решении стационарной квантовомеханич. задачи об отражении скалярной плоской нейтронной волны8008-87.jpg от границы одномерного потенциала8008-88.jpg [8008-89.jpg эВ - типичное значение; N(z), b(z) - локальные (средние по плоскости ху)плотности рассеивающих ядер и их нейтронных длин рассеяния]. Т. о., форма потенциала U(z)определяется пространственными (вдоль г) особенностями плотности и состава среды на микроскопич. уровне.

Причины, приводящие к размытию потенциала U(z)в приграничных областях (~1008008-90.jpg), в основном следующие: на поверхности - микрошероховатость, отличие поверхностной плотности от объёмной, примеси; на внутр. межслойных границах, кроме перечисленных,- взаимная диффузия.

Теоретич. значение R(kz)получают методами численного решения стационарного Шрёдингера уравнения с модельным потенциалом U(z). Для модели полубесконечной среды (массивная пластина) в области8008-91.jpg8008-92.jpg, где применимо борновское приближение ,задача имеет аналитическое решение:
8008-93.jpg

где R0(kz) - козф. отражения от потенциала с абсолютно резкой границей:
8008-94.jpg

а8008-95.jpg - компонента волнового вектора нейтрона в среде; m - масса нейтрона. Если распределение градиента потенциала является гауссовым (см. Гаусса распределение;)
8008-96.jpg

(случай шероховатой границы), то при всех8008-97.jpg коэф. R(kz)с хорошим приближением описывается ф-лой
8008-98.jpg

Нижние значения параметра шероховатости s, извлекаемые из эксперим. значений R(kz), лежат в области неск. ангстрем. При отражении нейтронов от тонких8008-99.jpg плёнок, имеющих потенциал, отличный от потенциала подложки, зависимость R от kz приобретает осциллирующий характер (рис. 4) вследствие интерференции волн, отражённых от поверхности и от границы с подложкой. В результате средняя по площади толщина плёнки в неск. тысяч8008-103.jpg определяется с точностью в неск.8008-104.jpg
8008-100.jpg

Рис. 4. Экспериментально полученная зависимость коэффициента отражения8008-101.jpg от поверхности тонкой золотой плёнки, полученной термическим напылением на поверхность стекла. На вставке: форма потенциала U(z), обеспечивающего подгонку кривой8008-102.jpg

Ферромагн. среды обладают способностью поляризовать тепловые нейтроны, зеркально отражённые от их поверхности. Это объясняется тем, что потенциал8008-105.jpg взаимодействия магн. момента нейтрона8008-106.jpg с вектором локальной намагниченности образца М имеет, как правило, значения, сравнимые с нейтронно-оптическим ядерным потенциалом U. Количественной мерой процесса поляризации пучка при зеркальном отражении служит вектор поляризующей способности среды Q(kz), к-рый задаёт величину и направление поляризации, возникающей в отражённом пучке. Между вектором Q(kz)и вектором Ms(z)[проекция вектора M(z)на плоскость ху] имеется взаимно однозначное соответствие, на основе к-рого из Q(kz)устанавливают распределение Ms(z). Это позволяет применять поляризац. Р. в качестве метода изучения структуры намагниченности тонких ферромагн. плёнок с неколлинеарным по глубине осн. состоянием либо возникающим из коллинеарного под действием внеш. магн. поля. Эта возможность - уникальное свойство нейтронной поляризац. Р., поскольку др. методы исследования (электронная микроскопия и методы на основе Керра эффекта)не позволяют для таких структур получать полной информации.

В поляризац. Р. последовательно измеряют интенсивности отражённых пучков: положительно поляризованного8008-107.jpg (спин-флиппер выключен) и отрицательно поляризованного8008-108.jpg (спин-флиппер включён). Знак поляризации пучка задаётся относительно вектора Н ведущего магн. поля установки. Направление Н в месте расположения образца определяет пространственное направление вектора Р поляризации падающего пучка. Величины8008-109.jpg и8008-110.jpg связаны со скалярным произведением векторов Р и Q(kz)соотношением
8008-111.jpg

Т.о., для определения Qxyz компонент вектора Q(kz)конкретного образца достаточно измерить8008-112.jpg для направлений Р вдоль х, у, z осей соответственно.

Поляризац. Р. используют как прямой метод изучения распределения по глубине диамагн. момента сверхпроводящего образца в приповерхностной области с целью определения лондоновской глубины проникновения магн. поля в сверхпроводник, находящийся в мейснеровской фазе. Формализм описания процесса отражения, служащий для ферромагнетиков, легко переносится на сверхпроводники - идеальные диамагнетики. Для изучения обычных диамагнетиков Р. не применяется.

Литература по рефлектометрии

  1. Fеlсher G. Р. и др., Polarized neutron reflectometer. A new instrument to measure magnetic depth profiles, «Rev. Sci. Instrum.», 1987, v. 58, № 4, p. 609;
  2. Pelсher G. P. и др., Investigation of magnetism at surfaces by polarized neutron reflection (invited), «J. Appl. Phys.», 1985, v. 57, JVi 8, p. 3789;
  3. Penfold J., Thomas R. K., The application of the specular reflection of neutrons to the study of surface and interfaces, «J. Phys. Condens. Matter», 1990, v. 2, p. 1369;
  4. Коpнeeв Д. А., Изучение неоднородно намагниченных магнитных пленок с помощью поляризованных нейтронов, «Поверхность. Физика, химия, механика», 1989, MS 2, с. 13;
  5. Корнeeв Д. А., Черненко Л. П., Нейтронная дифракционная оптика ограниченных сред со сложной магнитной структурой, препринт ОИЯИ Р 4-89-709;
  6. Гапонов С. В. и д р., Определение глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводящую тонкую монокристаллическую пленку YBa2Cu3O7 методом отражения поляризованных нейтронов, «Письма в ЖЭТФ», 1989, т. 49, в. 5, с. 277.

Д. А. Корнеев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution