Способ исследования магнитных и электрических свойств кристалла по толщине

 

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:

,SU„„> 025226 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС )УБОИН цд) 6 01 H 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3381081/18-25 (Ъ2) 14.01. 82 (46) 30.12 ° 83. Бюл. 9 48 (72) В.Г.Лабушкин, Э.P.Саркисов, В.A.Саркисян, П.П.Коваленко, В.Н.Селезнев и П.P ° Прокопов (53) 539 ° 1.06 (088.8) (56) 1. Изюмов Ю.A. и Озеров Р.П.

Магнитная нейтронография. М., "Наука", 1966.

2. Коваленко П.П., Лабушкин В.Г., Руденко В.В., Саркисян В.А. и

Селезнев В.Н. Исследование дифракции мессбауэровского излучения на слабоферромагнитном монокристалле

FeB0>. Письма в ЖЭТФ, т.26, с.92, 1977 (прототип ). (54) (57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

КРИСТАЛЛА ПО ТОЛЩИНЕ, заключающийся в направлении на кристалл, под брегговскими углами мессбауэровских т -квантов и регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл изменявшегося магнитного или электрического поля, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых слоев, изменение толщины исследуемого слоя кристалла осуществляют путем изменения энергии падающих мессбауэровских т-квантов, которое, в свою очередь, осуществляют посредством перемещения источника относительно кристалла.

1025226

Гельмгольца 10

55

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 (фМР J, ядерный магнитный резонанс (ЯМРj, заключающиеся в измерении резонансной частоты поглощения атомов или ядер, позволяют судить только о свойствах всего исследуемого образца . в целом. К недостаткам этих методов относится то, что для их реализации необходимо наличие образцов больших размеров.

Известен метод исследования магнитных и электрических свойств кристаллов (.1), заключающийся в регистрации дифрагированных от кристалла тепловых нейтронов. Этот метод позволяет исследовать магнитную структуру кристаллов, .но его реализация требует наличия кристаллов 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 у -квантов и регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл изменяющегося магнитного или электрического поля. В этом способе изменение направления, напри— мер, магнитного поля на ядрах достигалось путем вращения постоянного магнита вокруг кристалла в его базисной плоскости (2). Однако полученная в этом случае зависимость относится только к тонкому поверхностному слою кристалла, так как энергетическая зависимость сечения взаимодействия мессбауэровского излучения с ядрами имеет острый резонансный характер, и, таким образом, в точном резонансе у-кванты проникают в кристалл на небольшую глубину (в укаэанном 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 (iii) для кристалла бората железа его толщина составляет 0,1 мкм.

Таким образом, невозможно достоверно судить об изменении магнитных 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 мессбауэровских у-квантов и регистрации дифракционного излучения мессбауэровских атомов при внешнем воздействии на кристалл, изменяюще— гося магнитного или электрического поля, изменение толщины исследуемого слоя кристалла осуществляют путем изменения энергии подающих мессбауэровских - -квантов, которое в свОю очередь, осуществляют посредством перемещения источника относительно кристалла.

На фиг. 1 показана установка, которая включает в себя мессбауэровский источник Со 1, электроди5 1 намический вибратор 2, коллиматор 3, исследуемый кристалл 4, гониометр 5, полупроводниковый блок детектирования б, спектрометрический прибор типа СЭС 2-03 7, амплитудный анализатор импульсов 8, мессбауэровский спектрометр типа ЯГРС-4 9 и катушки

Работа на установке проводится следующим образом. Пучок --квантов от мессбауэровского источника Со 1, 5 1 закрепленного на штоке вибратора 2, через коллиматор 3. направляют на исследуемый кристалл 4, установленный на гониометре 5 под брэгговским углом для системы кристаллографических плоскостей, параллельных гговерхности кристалла. Дифрагировавшее на кристалле излучение регистрируют полупроводниковым блоком детектирования б. Импульсы с предусилителя блока детектирования поступают на спектрометрический прибор 7, затем сформированные и усиленные импульсы с выхода прибора подаются на вход амплитудного анализатора импульсов 8, с выхода которого сигнал поступает на мессбауэровский спектрометр ЯГРС-4 9. Скорость движенин вибратора задается мессбауэровским спектрометром. Поглощение и излучение г -квантов происходит через определенный ядерный переход, для чего спектрометр, работающий в режиме постоянных скоростей, задает определенную скорость движения штока вибратора. Получают зависимости интенсивности дифрагировавшего излучения от величины напряженности магнитного поля, приложенного к исследуемому кристаллу, для нескольких значений энергии 1(-квантов, 1025226 отличающихся между собой на величины порядка Г .(à — естественная ширина мессбауэровской линии). Магнитное поле создается с помощью катушек

Гельмгольца 10 вдоль линии пересечения базисной плоскости кристалла с плоскостью рассеяния.

На фиг. 2 приведены графики трех зависимостей интенсивности дифрагировавшего мессбауэровского излучения от величины напряженности магнитного поля, приложенного к кристаллу FeBO полученных на.рефЯ / лексе (ф} для случаев, когда: энергия у -квантов Е. совпадает с энергией ядерного перехода

Ео. В этом случае глубина Ф проникновения резонансного излучения в кристалл = 0,1 мкм;

Е „— Е 0,8 r t "0,3 мкм;

Е. — Eo3 г 1 3мкм.

Из фиг. 2 видно, что намагничивание тонкого поверхностного слбя крйсталла происходит не так, как намагничивание более толстых слоев.

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 интен- сивности 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

Я получать информацию о физических свойствах кристаллов, в частности о магнитных и электрических свойствах, селективно по глубине кристал.лов, что дает возможность с помощью

25: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.

1025226

0,5

Ж ф а 0 а

Н,э

Составитель Г. Ковалев

Редактор Л.утехина Техред C.Ìèãóíîâà Корректор Л.Патай

Заказ 10566/9 Тираж 873 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4