Способ получения мессбауэровского дифракционного спектра Советский патент 1988 года по МПК G01N24/00 

.4 4 Ц О СП

Изобретение относится к дифрак- ционной мессбауэровской спектроскопии и может быть использовано для изучения тонких поверхностных слоев кристаллов.

Цель изобретения - повышение разрешающее способности способа при исследовании свойств тонких поверхностных слоев. 10

На фиг.1 показана схема осуществления способа, когда магнитное поле ориентировано перпендикулярно.к плоскости рассеяния гамма-квантов; на фиг.2 - схема осуществления способа, 5 когда магнитное поле ориентировано параллельно плоскости поверхности исследуемого слоя.И-плоскости рассеяния гамма-квантов, где магниты 1 создают поле в образце 2{ на фиг.З и 4 - 20 фрагменты дифракционных спектров (крайние левые пики), полученные при двух различных направлениях магнитного поля, соответствующих схемам осуществления способа по фиг. и 2. 25

Приме р..Схема осуществления способа - традиционная для мессбауэ- ровского однокристального дифракто- метра; сколлимированный пучок резощаться магнитные моменты ионов железа. Обогащение кристалла по месс- бауэровскому изотопу Fe составляло около 90%.

Измерялся спектр чисто ядерного магнитного отражения, угол Брэгга для вен

f,

нансных фотонов (расходимостью 0,5 ) 30 ность отражения; от движущегося мессбауэровского источника (Сг) активностью закрепленного на штоке электродинамического вибратора из комплекта отеЮ Бк,

излучения Со (,4 кэВ) ра5 5,12°. Ось магнитной анизотропии, наведенной механическим напряжением (путем приклеивания и не- больщого растягивающего усилия до F 0,5 Н) была направлена на одной поверхности вдоль наибольщего линейного размера кристалла, а на второй - перпендикулярно ему. В соответствии с ориентациями этих осей в кристалле возникали при магнитном отно- щении два параллельных слоя, различающихся направлением намагниченностей подрещеток, т.е. направлением антиферромагнитной оси (АФО).

На фиг.З и 4 в одном масщтабе даны фрагменты энергетических ди|)рак- ционных спектров (показан только крайний левый пик), полученных при двух различных направлениях внешнего магнитного поля. На чертежах приняты следующие обозначения: I - интенсив,- энергия гамма- квантов; л- ширина дифракционного пика на его полувысоте; Г- естественная щирина мессбауэровской линии 5

Fe; N и S - полюса постоянного магчественного мессбауэровского спектро- 5 нита; - исследуемый образец;

метра ЯГРС-4М, под углом Брэгга падал на исследуемый монокристалл - образец 2, установленный на гониометре, дифрагировавший пучок гамма- квантов регистрировался полупроводни-40 ковым 81(Ы)-блоком детектирования, после чего с помощью ЯГРС-4М проводился энергетический анализ дифрагировавшегося пучка, т.е. регистрировался мессбауэровский дифракционный 45 спектр.

Исследуемым кристаллом был слабьй ферромагнетик, т.е. антиферромагнетик со слегка неколлинеарной магнитной структурой, типа леТкая плос- д кость, а имений - FeBOj. Кристалл представлял собой тонкую, почти прямоугольную пластинку с размерами в плоскости 2x7 мм и толщиной «70 мкм. На поверхность выходила базисная пло-д скость (111), являющаяся для этого кристалла легкой, т.е. в этой плоскости находятся и могут при воздействии небольших магнитных полей враК и К - волновые векторы падающего и дифрагировавшего пучков, задающие плоскость рассеяния гамма-квантов (КК ).

Напряженность внешнего магнитного поля Н 500 Э задавала толщину более тонкого слоя порядка 0,5 мкм. .

Спектр на фиг.З относится к случаю, когда направление АФО во всем кристалле параллельно прямой пересечения плоскостей (111) и (Кк ). В этом случае d рез максимально как в объеме, так и на поверхности-и спектр формируется различными по толщине слоями кристалла.

Спектр на фиг.4 получен в другой ситуации: АФО в объеме с помощью внешнего поля сориентирована перпендикулярно плоскости рассеяния (КК ) в то время, как ориентация АФО на поверхности осталась прежней. В этом случае 4 р,, объеме практически равна нулю, т.е. объем не дает вклада в дифракцию, а й- pej в поверхност

10

52025

446572

щаться магнитные моменты ионов железа. Обогащение кристалла по месс- бауэровскому изотопу Fe составляло около 90%.

Измерялся спектр чисто ядерного магнитного отражения, угол Брэгга для вен

f,

30 ность отражения; ,

излучения Со (,4 кэВ) ра5 5,12°. Ось магнитной анизотропии, наведенной механическим напряжением (путем приклеивания и не- больщого растягивающего усилия до F 0,5 Н) была направлена на одной поверхности вдоль наибольщего линейного размера кристалла, а на второй - перпендикулярно ему. В соответствии с ориентациями этих осей в кристалле возникали при магнитном отно- щении два параллельных слоя, различающихся направлением намагниченностей подрещеток, т.е. направлением антиферромагнитной оси (АФО).

На фиг.З и 4 в одном масщтабе даны фрагменты энергетических ди|)рак- ционных спектров (показан только крайний левый пик), полученных при двух различных направлениях внешнего магнитного поля. На чертежах приняты следующие обозначения: I - интенсив,- энергия гамма- квантов; л- ширина дифракционного пика на его полувысоте; Г- естественная щирина мессбауэровской линии 5

Fe; N и S - полюса постоянного нита; - исследуемый образец;

нита; - исследуемый образец;

К и К - волновые векторы падающего и дифрагировавшего пучков, задающие плоскость рассеяния гамма-квантов (КК ).

Напряженность внешнего магнитного поля Н 500 Э задавала толщину более тонкого слоя порядка 0,5 мкм. .

Спектр на фиг.З относится к случаю, когда направление АФО во всем кристалле параллельно прямой пересечения плоскостей (111) и (Кк ). В этом случае d рез максимально как в объеме, так и на поверхности-и спект формируется различными по толщине слоями кристалла.

Спектр на фиг.4 получен в другой ситуации: АФО в объеме с помощью внешнего поля сориентирована перпендикулярно плоскости рассеяния (КК ) в то время, как ориентация АФО на поверхности осталась прежней. В этом случае 4 р,, объеме практически равна нулю, т.е. объем не дает вклада в дифракцию, а й- pej в поверхностном слое с t 0,5 мкм сохраняет свое максимальное значение. Таким образом дифракционный спектр формируется только в этом слое. Толщину слоя можно менять от слоя .О мкм до необходимой толщины.

Спектр от поверхностного слоя сильно деформирован относительно обычного спектра: ширина пика уменьшилась более, чем вдвое.

Предлагаемый способ может быть использован в научных исследованиях магнитных и электрических свойств поверхности кристаллов. В частности, в области магнетизма исследование свойств поверхностных кристаллических слоев (тонких пленок) с толщинами 0,5 мкм представляет интерес в связи со спецификой доменной структуры таких слоев. Примером возможного использования тонких магнитоупоря- доченных слоев являются запоминающие устройства на основе цилиндрических доменов.

Формула изобретения

1. Способ получения мессбауэровс- кого дифракционного спектра, заключа- 30 ющийся в облучении резонансными фотонами под брэгговским углом кристал

ла, содержащего мессбауэровские ядра со сверхтонким расщеплением энергетических уровней, и регистрации месс- баэуровского спектра дифрагировавшего пучка фотонов, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности способа при исследовании свойств тонких поверхностных слоев, облучают резонансными фотонами кристалл с заданной толщиной, стратифицированный по толщине, в котором созданы отличия магнитных или электрических свойств поверхностного слоя от свойств его объема, и ориентированный так, чтобы сечение взаимодействия резонансных фотонов с мессбауэровскими ядрами в объеме кристалла было минимальным,

2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что облучают фотонами помещенный во внешнее переменное магнитное поле магнитоупорядоченный кристалл с искусственно созданной доменной структурой, состоящей из двух параллельных слоев с различающимися направлениями намагниченности, ориентированный так, что направление намагниченности подрешетки в его объеме перпендикулярно плоскости рассеяния фотонов.

Изобретение относится к дифракционной мессбауэровской спектроскопии и может быть использовано для изучения тонких поверхностных слоев кристаллов. Целью изобретения является повышение разрешающей способности способа при исследовании свойств тонких поверхностных слоев. В способе облучают резонансными фотонами стратифицированный по толщине кристалл, т.е. кристалл, имеющий различные свойства по глубине, которые могут быть созданы искусственным путем, например путем наложения магнитного поля, с возможностью регулировки толщины поверхностного слоя с отличающимися свойствами. Кристалл установлен в максимальное брзгговское отражение так, что сечение резонансного поглощения в объеме принимает минимальное значение. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

фиг. 2

/ f

/5Af4/M

300700100V.vV.

1

ипп 15

00 -

yv/vv-./.v:..:

ata пг .

. .

«

фиг.Ъ

... ./ V..,.