Способ исследования магнитных и электрических свойств кристалла по толщине Советский патент 1983 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к области физики взаимодействия излучения с веществом и может быть использовано для исследования магнитных и электрических свойств кристаллов с помощью резонансного гамма-излучения.

Традиционные методы физики маг нитных явлений, такие как ферромагнитный .резонанс ОМР), ядерный магнитный резонанс (ЯМР), заключающиеся в измерении резонансной частоты поглощения атомов или ядер позволяют судить только о свойствах всего исследуемого образца . в целом. К недостаткам этих методо относится то, что для их реализации необходимо наличие образцов больших размеров.

Известен метод исследования магнитных и электрических свойств кристаллов Cll/ ,заключающийся в регистрации дифрагированных от кристалла тепловых нейтронов. Этот метод позволяет исследовать магнитную структуру кристаллов,.но его реализация требует наличия кристалов больших размеров и ядерного реактора, а полученная с его помощью информация о магнитной структуре кристалла относится ко всему объему кристалла.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ исследования магнитных и электрических свойств кристалла по толщине, заключающийся в направлении на кристалл под брэгговскими углами мессбауэровских -j -квантов и регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл изменяющегося магнитного или. электрического поля. В этом спсобе изменение направления, например, магнитного поля на ядрах достгалось путем вращения постоянного магнита вокруг кристалла в его базисной ПЛС5СКОСТИ 2J. Однако полученная в этом случае зависимость относится только к тонком поверхностному слою кристалла, так как энергетическая зависимость сечения взаимодействия мессбауэровского излучения с ядрами имеет острый резонансный характер, и, таким образом, в точном резонансе j--KBaты проникают в кристалл на небольшую глубину (в указанном случае излучение проникало на глубину 0,5 мкм. Для отражений с меньшими брэгговскими углами работающий слой еще толще в силу геометрического фактора, например, для рефлекса ( (Т) ) для кристалла бората железа его толщина составляет 0,1 мкм.

Таким образом, невозможно достоверно судить об изменении магнитны

и электрических свойств в достаточно толстых слоях кристалла без его разрушения.

Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых слоев.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу исследования магнитных и электрических свойств кристалла по толщине, заключающемуся в направлении на кристалл под брэгговскими углами

0 мессбауэровских - квантов и регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл, изменяющегося магнитного или электрического

5 поля, изменение толщины исследуемого слоя кристалла осуществляют путём изменения энергии подающих мессбауэровских .J-квантов, которое в свою очередь, осуществляют посред0ством перемещения источника относительно кристалла.

На фиг. 1 показана установка, которая включает в себя мессбауэровский источник Со 1, электроди5намический вибратор 2, коллиматор 3, исследуемый кристалл 4, гониометр 5, полупроводниковый блок детектирования 6, спектрометрический прибор типа СЭС 2-03 7, амплитудный анализа0тор импульсов 8, мессбауэровский спектрометр типа ЯГРС-4 9 и катушки Гельмгольца ,10.

Работа на установке проводится следующим образом. Пучок jp-KBaHTOB от мессбауэровского источника Со 1,

5 закрепленного на штоке вибратора 2, через коллиматор 3 направляют на исследуемый кристалл 4, установленный на гониометре 5 под брэгговским углом для системы кристаллографи0ческих плоскостей, параллельных поверхности кристалла. Дифрагировавшее на кристалле излучение регистрируют полупроводниковым блоком детектирования 6. Импульсы с предуси5лителя блока детектирования поступают на сйектрометрический прибор 7, затем сформированные и усиленные импульсы с выхода прибора подаются .на вход амплитудного анализатора

0 импульсов 8, с выхода которого сигнал поступает на мессбауэровский спектрометр ЯГРС-4 9. Скорость движения вибратора задается мессбауэровским спектрометром. Поглощение и

5 излучение -у -квантов происходит через определенный ядерный переход, для чего спектрометр, работающий в режиме постоянных скоростей, задает определенную скорость движе0ния штока вибратора. Получают зависимости интенсивности дифрагировавшего излучения от величины напряженности магнитноро поля, приложенного к исследуемому кристаллу, для нескольких значений энергии у-квантов.

5 отличающихся между собой на величи ны порядка Г ЧГ - естественная шир на мессбауэровской линии. Магнитное поле создается с помощью катуш Гельмголыда 10 вдоль линии пересе чения базисной плоскости кристалла с плоскостью рассеяния. На фиг. 2 приведены графики тре зависимостей интенсивности дифраги ровавшего мессбауэровского излучения от величины напряженности магнитного поля, приложенного к кристаллу FeBOg, полученных на.рефлрксе (ijji для случаев, когда: энергия у-квантой Е-. совпадает С энергией ядерного перехода Ер. В этом случае глубина i проникновения резонансного излучения кристалл i:0,l мкм; (fO,Qr -t ,3 мкм; ,3r t-a мкм. Из фиг. 2 видно, что намагничивание тонкого поверхностного сло крйсталла происходит не так, как намагничивание более ТОЛСТЕЛХ слое В частности, с помощью предлагаемого способа в базисной плоскости кристалла обнаружена наведенная одноосная магнитная анизотропия в поверхностном слое и показано отсутствие таковой в объеме кристалла. Суть способа не,изменится, если вместо катушек Гельмгольца использовать обкладки конденсатора, и изучать электрические свойства кристалла, измеряя зависимости интенсивности дифрагировавшего излучения от величины напряженности электрического поля, приложенного к кристаллу. Предлагаемым способом можно получать зависимости интенсивности дифрагировавшего на кристалле, мессбауэровского излучения от величины любого внешнего воздействия, от которого зависит сечение рассеяния резонансных уквантов ядрами, и из сопоставления нескольких таких зависимостей,полученных при различных энергиях излучения, судить о свойствах различных по толщине слоев кристалла. Предлагаемый способ позволяет получать информацию о физических свойствах кристаллов, в частности о магнитных и электрических свойствах, селективно по глубине кристаллов, что дает возможность с помощью неразрушающего метода контроля следить за состоянием как поверхности кристалла, так и кристалла в целом. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован при выращивании новых кристаллов, в частности, для оценки степени совершенства их.поверхностных слоев, что не доступно другим методам.

О5Ю15 „ 370 Иэ

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛА ПО ТОЛЩИНЕ, заключающийся в направлении на кристалл, под брегговскими углами мессбауэровских у -квантов и. регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл изменявшегося магнитного или электрического поля, о т личающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуекых слоев, изменение толщины исследуемого слоя кристалла осуществляют путем изменения знергии падающих мессбауэровских у-квантов. i которое , в свою очередь, осуществляют посредством перемещения ис(Л точника относительно кристалла. О N5 СП ND ND о:

Фиг2