Эффект Зеемана при малоугловом рассеянии

Эффект Зеемана при малоугловом рассеянии

(реферат)

Эффект Зеемана приводит к появлению незеркальных отражений и соответствующих пиков интенсивностей в преломленных пучках, для понимания чего достаточно рассмотреть результат прохождения нейтронной волны через границу раздела двух доменов с индукциями B_i и B_k , угол a между направлениями которых меньше 90°. Предположим, что в первом домене спин нейтрона S↑↑B_i . После прохождения границы вероятности реализации состояний S↑↑B_k и S↑↓B_k равны cos² (a/2) и sin² (a/2). Соответствующие изменения потенциальной энергии: DU₁ = m(B_k - B_i ) и DU₂ = m(B_k + B_i ). При упругом рассеянии изменения DU компенсируются изменениями кинетической энергии. При этом скорость нейтрона изменяется в направлении градиента потенциала, т.е. перпендикулярно границе раздела. Поэтому в параметрах угловых распределений интенсивностей содержится информация о магнитной текстуре образца.

Для решения некоторых общих задач физики магнитных материалов наиболее удобным методом может оказаться рефлектометрия поляризованных нейтронов. Но после анализа большого объема экспериментальных данных установлено, что все особенности угловых распределений отраженных нейтронов являются частным случаем малоуглового рассеяния. Поэтому для исследований в этом направлении стали использоваться пленки, фольги и массивные образцы.

При любых измерениях к образцу должно быть приложено магнитное поле H, направление и величина которого зависит от решаемой задачи. Детекторной системой измеряются угловые распределения интенсивностей J(ij), где символы i и j выбраны для указания направления спина S нейтрона до входа в образец и после выхода из него, соответственно. Значению символов 0 или 1 соответствуют состояния S↑↑H или S↑↓H. (При анализе результатов измерений необходимо учитывать, что магнитный момент нейтрона m↑↓S.) Основная цель выполняемых работ - исследование эволюции магнитных текстур при термической или магнитной обработке образцов, что необходимо, в частности, для проверки предложенной автором модели термомагнитного эффекта [2].

Большая часть измерений выполнялась на анизотропных Co-Fe пленках, в которых имеется сильная однонаправленная магнитная текстура, что позволило получить [3, 4] наглядные результаты, которые невозможно объяснить наличием «латеральных флуктуаций плотности длины рассеяния нейтронов с размерами меньше латеральной проекции длины когерентности нейтрона». Для иллюстрации возможностей предлагаемой методики исследований далее приводятся результаты измерений.

Рис.1.

Пленка состава Co₆₇ Fe₃₁ V₂ толщиной 1.2 мкм была напылена на полированную поверхность монокристаллического кремния (d = 0.3 мм, Ø = 75 мм). Измерения выполнялись на установке «Вектор» (реактор ВВР-М, Гатчина). На рис. 1 приведены распределения интенсивностей для исходного и других состояний магнитной текстуры образца, которые получились после приложения магнитных полей. (Поле H = 4 Э практически не влияет на доменную структуру этой пленки, так как ее коэрцитивная сила H_c » 40 Э.) Магнитное поле прикладывалось параллельно плоскости пленки вдоль легкой оси намагничивания. Угол между плоскостью пленки и направлением прямого пучка j» 38′.

Детальное изложение методики обработки результатов рефлектометрических измерений приведено в статье [4]. В процессе работы с преломленными пучками обнаружена возможность предварительной корректировки экспериментальных данных, что и сделано при построении кривых J(ij).

Рис.1. Угловые распределения интенсивностей J(01) и J(10) преломленных пленкой нейтронов для исходного и последующих состояний магнитной текстуры.

Рис. 1 соответствует одноосной магнитной текстуре: области с противоположными направлениями намагниченностей имеют большие латеральные размеры и толщину равную толщине пленки. Обоснование модели такой текстуры приведено в статье [2]. Для большей части доменов (примерно 70% объема) углы между направлениями намагниченностей и полем H равны 180°-a. Приложение внешнего магнитного поля H > H_c приводит к образованию однонаправленной текстуры (рис. 1б). Средние значения a_av углов a для таких текстур: 31° (исходное состояние), 28° (H = 200 Э), 31°(H = 4 Э), 17° (H = 750 Э), 31° (H = 4 Э). Средние значения величин индукции пропорциональны угловому расстоянию D между центрами тяжестей пиков J(01) и J(10), величины которых (30, 42, 22, 49 и 33 минуты) определены с погрешностью не более одной минуты.

Зависимости a_av и D от величины магнитного поля - тривиальные следствия нашей модели. Нечто новое, однако, обнаруживается после сравнения результатов измерений при H = 4 Э, для которых углы a_av одинаковы, но величина D на рис. 1в существенно меньше, чем для двух других состояний. Для обоснования того, что этот результат соответствует гипотезе о метастабильных состояниях магнитных кристаллов, содержание которой впервые изложено в статье [2], необходимы дополнительные исследования, методика которых выглядит следующим образом.

Углы a_av определялись из отношений интегральных интенсивностей R = Q(11)/Q(10). Измеряемые величины a