Нейтронрефракционное исследование расположения доменных границ в объеме кристаллов кремнистого железа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Российский Научный Центр " Курчатовский Институт "

Г 6 14

п X ¡1 п <-

, ,¡Ь На правах рукописи

УДК 537. 6; 539. 27

ЧИСТЯКОВ Роман Романович

НЕЙТРОНРЕФРАКЦИОКНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ В ОБЪЕМЕ КРИСТАЛЛОВ КРЕМНИСТОГО ЖЕЛЕЗА.

01.04.01 - техника физического эксперимента,Физика приборов,автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1У93

Работа выполнена в Российском Научном Центре " Курчатовский институт "

Научный руководитель : доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник С. Ш. Шильшгейн. Официальные оппоненты; доктор физико-математических наук, профессор В. А. Беляков,

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник О. П. Алешко-Ожевский.

Ведущая организация : ЦНИИЧМ им И. П. Бардина

Защита состоится " (М ССс^ 1993г. в часов

на заседании специализированного совета Д 034.04.04 при Российском Научном Центре " Курчатовский институт " по адресу 123182 Шсква, пл. Курчатова.

С диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке Российского Научного Центра " Курчатовский институт " .

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математический наук (А*// • А. Б. Мерзляков

Актуальность работы. Ферромагнитные материалы широко применяются в технике, и для понимания процессов их намагничивания, определяющих совокупность магнитных свойств, необходимы детальные сведения о доменной структур? (ДС) во всем обьеме. В то же время наиболее распространенные методы наблюдения ДС, например, метод порошковых фигур и магнитооптические методы , дают только картину расположения доменов на поверхности. О внутренней ДС массивных ферромагнетиков приходится обычно судить на основе модельных представлений о связи ДС на поверхности и в обьеме.

Прямую информацию об объемной ДС ферромагнетиков дают ядерно-физические методы , основанные на использовании эффекта Мессбауэра,прецессии спинов- мезонов,деполяризации нейтронов и их преломления на доменных границах (ДГ).

Наибольшее развитие получили нейтронные методы, обзор основных результатов экспериментов по деполяризации нейтронов в ферромагнетиках и преломлению нейтронов на ДГ дан в С13. В частности, с помощью нейтронрефракционного метода в РНЦ *КИ" бито установлено, что объемная ДС массивных кристаллов кремнистого железа имеет слоистый квазидвумерный характер. Однако, при этом, как правило, использовались пучки нейтронов шириной порядка размеров всего кристалла. Поэтому наблюдалось преломление на системах, построенных из многих ДГ, и получить в таких экспериментах информацию о расположении отдельных ДГ и о пространственной неоднородности их распределения было затруднительно. Один из принципиальных вопросов - существование в массивных кристаллах приповерхностной зоны замъи^ющих доменов, отличной по строению от основной внутренней ДС, оста-

- г -

вался открытым. В то же время все представления о ДС основаны на предположении о той или иной форме замыкания магнитного потока вблизи поверхности ферромагнетика. Поэтому получение сиетпериментальноЯ информации о 20 вблизи поверхности имеет принципиальное значение .

В данной работе сделана попытка развития метода комбинированного, линейного и углового сканированиия ферромагнетика узким пучком нейтронов (< 1 мм), размеры которого приближаются к ширине доменов. В этом случае путем линейного сканирования предполагается выявить пространственную неоднородность ДС, а затем с помощью углового сканирования разных участков кристалла установить ориентацию ДГ в этих участках, т. е. определить типы ДГ, присутствующие в разных зонах ферромагнетика, В результате можно надеяться получить Солее детальную информацию о расположении ДГ в объеме, чем в проводившихся ранее экспериментах с использованием широких пучков нейтронов.

На основе сведений об исходной ДС кристаллов железа можно проводить наблюдение процессов перестройки определенных систем ДГ в кристалле под влиянием внешних воздействий (например, механических или магнитных ), определяющих механизм перемагничи-вания массивных ферромагнетиков и тем самым их магнитные свойства

Наконец, полное представление о внутренней ДС и её изменениях дает возможность выбрать условия для наблюдения такого тонкого эффекта, как адиабатический переворот спина нейтрона при прохождении блоховской стенки, что позволило бы определить характеристики ее внутренней структуры, например, толщину. Использовать эффект переворота для этой цели было предложено более 40 лет назад С 23, но наблюдать его в эксперименте до

- э -

последнего времени на удавалось.

В связи с наложенным полк диссертационной работы были сформулированы следующим образом:

- развитие нейтронрефракционного метода комбинированного линейного и углового сканирования ферромагнетика и выявление с его помощью пространственной неоднородности и деталей вамыка-ния магнитного потока у поверхности массивных монокристаллов,

- изучение влияния упругой деформации и магнитного поля, изменения размеров и огранки на внутренние) ДО монокристаллов кремнистого железа,

- измерение толщины внутренних ДГ в железе на основе аффекта адиабатического переворота спина нейтрона при преломлении на ДР .

Научная говкзиа работ Использование развитого в диссертации нейтронрефракционного метода исследования ДО ферромагнетиков, основанного на сочетании высокого углового разрешения с линейным и угловым сканированием кристалла узким пучком нейтронов, дало возможность установить характер замыкания магнитного потока у поверхности цилиндрического кристалла железа и типы ДГ, "ограняющих" эамыкаюцие домены. Пэлучены новые данные об изменении внутренней ДО кристаллов железа в процессе упругого растяжения и сжатия , в магнитном поле, при изменении огранки и размеров кристалла. Найдены условия наблюдения эффекта адиабатического переворота спина нейтрона при пересечении ДГ в железе, измерена вероятность этого эффекта и определена экспериментально толщина ДГ в железе.

Практическая зиачшость работы. Дальнейшее развитие в диссертации нейтронрефракционного метода исследования ДС

массивных ферромагнетиков и получение с его помощью сведений о механизме замыкания у неплоских поверхностей углубляют представления о ДО кремнистого железа. Информация о виде ДС и ее изменениях в упругих и магнитных полях необходима для понимания процессов, происходящих при обработке и намагничивании таких магнитомягких материалов, как кремнистое железо, и формирующих их эксплуатационные свойства.

Положения L вносимые на защиту.

1) Обоснование возможности получения детальной информации о расположении отдельных ДГ в объеме ферромагнетика и о пространственных неоднородностях ДС с помощью нейтронрефракционвого метода с линейным и угловым сканированием.

2) Обнаружение в цилиндрических кристаллах кремнистого железа приповерхностных замыкающих доменов с аксиальными' направлениями намагниченности, отделенных от внутренней части цилиндра, построенной из слоев с радиальными направлениями намагниченности доменов, промежуточной областью, построенной из клюю- . видных доменов и областей с разветвленной ДС.

3) Полная перестройка слоистой ДС цилиндрического ,

кристалла при его аксиальном упругом растяжении в области -ь

деформаций до 2,5 10 с последующим восстановлением исходной ' ДС после снятия нагрузки.

4) Обоснование возможности наблюдения эффекта переворота.

в

спина нейтрона при преломлении на 180 ДГ в сжатом кристалле с. использованием нейтронов двух длин волн и определение на этой основе толщины этих границ ( ~ 1800 А), согласующейся с результатами теоретических оценок.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях отделения общей

- 5 - '

И ядерной физики Института атомной энергии ни. И. Е Курчатова (1083-1990г.), на Всесоюзном совещании по когерентному взаимодействию излучения с веществом (Ужгород -1985г.), на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Калинин -1988г. ,Ташкент-1991г.), на Международно!! конференции по рассеянию нейтронов (Гренобль-1988г.), на Европейской кристаллографической конференции (Москва-1989г.), на рабочих совещаниях по использованию рассеяния нейтронов в физике твердого тела (Свердловск-Заречный- 1987,1989, Гатчина-1991г.). По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Содеркимо работ Диссертация состоит иэ введения, пяти глав , эаклшения и спискз литературы. Обьем работы составляет страниц печатного текста, рисунков,список литературы содержит ссылок.

Во введоним кратко изложены данные о внутренней да 3

массивных (объемом ^>1 см ) монокристаллов кремнистого железа (Ге + 31 вес. 50, полученные нейтронрефракционным методом с " угловым сканированием в широком пучке нейтронов. Охарактеризована актуальность темы, сформулированы задачи, определена научная новизна. Изложен и обоснован экспериментальный метод линейного и углового сканирования, приведены основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена рефракция неполяриаованного пучка нейтронов на различных системах ДГ, соответствующих моделям Киттеля, Ландау-Лифшица, а также на взаимопроникающих системах ДГ . Описаны методы двухкристального спектрометра и нейтронной радиографии с рефракционным контрастам. Приведены данные о - трехосном нейтронном спектрометре на идеальных кристаллах СТОИК на реакторе ИР-В в РНЦ "КИ", на котором была

горизонтальной (б) плоскостях (1,5-кристаллы монохраматор и анализатор, 2-коллимирущая иэль.З-юстировочный столик, 4-образец, б- детектор), в- кривая отражения.

выполнена данная, экспериментальная работа. Охарактеризованы объекты исследования.

Во второй главе описан нейтронрефракционный метод линейного и углового сканирования узким пучком нейтронов монокристаллов кремнистого железа. Схема эксперимента по линейному сканированию показана на рис.1(а, б). Идея метода состоит в следующем.' При преломлении на ДГ направление распространения

нейтронов изменяется и составляющая отклонения в горизонтальной плоскости рассеяния может быть зафиксирована с разреше-

л

нием порядка 1", поскольку кривая отражения (I(j3 ) рис.1(a))

имеет ширину около Б". Если в кристалле имеется система

параллельных ДГ, то при прохождении пучка вдоль этой системы

наблюдается максимум пропускания. При такой ориентации на

картинах линейного сканирования в местах расположения отдельных..

ДГ наблюдаются минимумы пропускания нейтронов, а области

скопления ДГ на картинах линейного сканирования выглядят менее

прозрачными . После выявления зон, где расположены ДГ, с

помощь» их углового сканирования устанавливаются ориентации ДГ •

внутри этих зон. Таким образом, удается наряду с ДГ,

присутствующими во всем кристалле, зафиксировать те границы,

которые находятся только в определенных его частях, что было

невозможно при угловом сканировании широким пучком.

Возможности метода линейного сканирования узким пучком

нейтронов были продемонстрированы на монокристаллической

пластине кремнистого железа с ориентацией по плоскости (110) и

размером 14x10x1 мм5 , в которой по данным [33 имеется одна о

система 180 ДГ, проходящих через продольное направление С ООН. В результате экспериментов , проведенных в данной работе, были выявлены отдельные ДГ, определены расстояния- медду ними,. а также установлена зигзагообразная форма некоторых ДГ.

В третьей главе метод линейного и углового сканирования узким пучком нейтронов использован для подробного изучения обьемной ДС цилиндрического, монокристалла кремнистого железа, с диаметром 13 мм и длиной 95 мм, выращенного методом бестигельной зонной плавки. Ранее было показано С43, что центральная часть цилиндрического кристалла построена из слоев,

разделенных 180 ДГ(001), перпендикулярными оси цилиндра. В

слоях наблюдали 180°ДГ (100) и (010) И 90° ДГ (110) И (110),

разделяющие домены , намагниченные перпендикулярно оси цилиндра

(рис.2(a)). Эти направления намагниченности должны давать на

поверхности цилиндра большие поля рассеяния, поэтому у

поверхности должен осуществляться переход к аксиальным

направлениям намагниченности [0013 через 90е ДГ (101),

о

образующие с осью цилиндра углы в 45 . Но эти ДГ в предыдущее

экспериментах с угловым сканированием широким пучком нейтронов

не были обнаружены. Поэтому на первом этапе было проведено

линейное сканирование горизонтально расположенного цилиндра

путем его вертикального перемещения относительно горизонтальной

в

шэли. В такой геометрии преломление на 90 ДГ (101) должно играть основную роль, т. к. ДГ , разделяющие домены внутри слоев не дают преломления в плоскости рассеяния, а межслоевые ДГ перекрывают лишь малую часть пучка (иэ-эа их отклонений от точной ориентации).

Результаты линейного сканирования вдоль направлений <100> и <110> показаны на рис.2(6,в). Из вида этих картин следует, что кольцевой слой у края цилиндра на глубину (1-1,5) мм является . "прозрачным" для нейтронов, а также, что вдоль направлений (1103 и ШОЗ располагаются скопления ДГ, приводящие к локальному ослаблению пучка нейтронов за счет преломления и имеющие форму кольцевых сегментов (заштрихованных на рис.2(г)).

Далее было установлено , что вблизи поверхности цилиндра,

о

близкой к плоскостям (100) и (010) , расположены 90 ДГ (101) под о

углом 45 к оси цилиндра. Это означает, что здесь реализуется структура клиновидных-замыкающих доменов, соответствующих' модели Ландау- Лифшца.

Вблизи поверхности цилиндра близко.К плоскостям (110) и

[ООО

<ИО>

—--

щ 1Ы А

Рис. 2. Внутренняя ДС цилиндрического монокристалла кремнистого лелеэа: а- расположение ДГ в объеме; б,в-кривыв линейного сканирования; г-обласги ДС типа Ландау-Лифши-, ца;д-области1 разветвления ДС. ^

(110), в упомянутых областях малой прозрачности,также были обо о нарушены 90 ДГ (101), наклоненные к оси цилиндра под углом 45.

Это может Сыть указанием на то, что в этих областях происходит разветвление доменов. Такое разветвление обуславливает протяженность этих областей их тангенциальный размер достигает 2-3 мм.

Таким образом, удалось выявить пространственную неоднородность ДС цилиндрического кристалла. Наружная его часть намагничена вдоль оси цилиндра, а переход от этой поверхностной части к внутренней части со слолстой ДС осуществляется с помощью клиновидных замыкают;« доменов (при ориентации цилиндрической, поверхности, Слизкой к (100) или (010)) или с помощью разветвленных доменов (при других ориентациях цилиндрической поверхности). Общая форма пограничной зоны близка к цилиндрическому кольцу. В конце третьей главы проведено сравнение с данными о расположении ДГ в объеме этого же кристалла, полученными с помощью метода нейтронной радиографии с рефракционным контрастом, и показано, что методы дают взаимодополняющую информацию и позволяют построить объемнух: модель ДГ в кристалле (рис.2.).

В четвертой главе исследуется влияние внешних воздействий на внутреннюю ДС монокристаллов кремнистого железа.

Известно, что под влиянием внешних воздействий (упругое растяжение-сжатие, внешнее мзгнитное поле, огранка наружной поверхности и изменение размеров кристалла) происходит перестрой-• ка ДС у поверхности, поэтому можно ожидать, что Судет перестраиваться и внутренняя ДС. В связи с этим изучалось изменение внутренней ДС в цилиндрическом монокристалле железа при упругом растяжении-сжатии (вдоль его оси - оси легкого намагничивания).

Исследуемый образец из кремнистого железа диаметром 10 ш Сыл приготовлен с помощью специальной методики травления в виде цилиндра с утолщенными концами (диаметра 13 мм ) из монокристалла, выращенного методом бестигельной зонной плавки. Продольное растяжение и сжатие создавали с помощью специального приспособления. Деформацию измеряли двумя парами тензодатчиков, наклеенных с противоположных сторон на образующие цилиндра, с точ--5

ностью 1-10 , что соответствует для железа точности в измерении 2

напряжения 20 кг/см (все эксперименты проводились' в области упругих деформаций). Разность показаний датчиков фиксировала неодноосную иэгибную деформацию, которую сводили к минимуму. Пу-

2

чок ограничивали щелью 5 х 5 мм и направляли в центр образца .

При растяжении кристалла интенсивность пучков, преломленных на границах слоев (при горизонтальном расположении образца), уменьшается, а интенсивность прошедшего пучка увеличивается .В результате пиковая интенсивность кривой рассеяния плавно возрастает , а пик на кривой пропускания несколько уширяется, в то же время различие интенсивностей в максимуме и минимуме пропускания

-4

уменьшается (рис.3(а,б,в)).При £-1,8-10 (6"-37 ЫПа) преломлен-, ные пучки уже отсутствуют, а пик пропускания исчезает, так что пропускание становится независимым от поворота образца. Из описанных изменений картины преломления на границах слоев следует,

-4

что в диапазоне £ < 1,8-10 ( о < 37 МПз ) эти границы исчезают, т. е. устраняется разбиение центральной части цилиндрического кристалла на слои.

При дальнейшем возрастании деформации 1,8-10 < с < 2,3-10 (37 < 6" < 47 МПа) пиковая интенсивность кривой рассеяния при горизонтальном расположении образца резко возрастает, ширина про-

рассеяния в зависимости от нагрузки (£5) , изменение с нагрузкой

отношения суммарной площади к площади поперечного сечения

* •

образца (3), уширения центрального пика кривой рассеяния при направлении пучка»перпендикулярно оси цилиндра (в). . -О, (51-17, СГ «22, СГ -35, <£-37, С^-40, <^-45, (р-50 Ша. Шковая интенсивность кривой рассеяния в зависимости от нагрузки (г). Первое нагружение (1), последующий акт нагружения (2) и разгружения (3).

ведшего пучка уменьшается и приближается к инструментальной. Поскольку ушрение связано с рассеянием нейтронов на скоплениях

ДГ,имеющих преимущественную ориентацию (101) .исчезновение уши-рения указывает на то, что эти границы в результате воздействия нагрузки исчеэают.Таким образом, устраняются наклонные ДГ.так как направление намагниченности в слоях и на краю цилиндра начинают совпадать .

В этом же интервале деформаций начинается изменение картины преломления на ДГ, проходящих через ось цилиндра (регистрируемой при вертикальном его положении) : максимум пропускания,.

о

соответствующий системе 90 ДГ (110), расщепляется на три пика, два из которых расположены примерно симметрично по отношению к центральному, причем их расстояние от него с нагрузкой возрастает, а сам центральный пик смес^ется к направлению (100). В

а

то же время максимумы, соответствующие 180 ДГ (100), при нагру-жении сохраняются .

Описанные факты • указывают на то, что при - -+

1,8-10 <с< 2,3'10 после исчезновения границ между слоями меняется ориентация 90°ДГ, которые в исходной кваэидвумерной ДО участвовали в замыкании магнитного потока в объеме кристалла. Возникновение тройных пиков на кривых пропускания вместо одиночных максимумов, соответствовавших ДГ (110) в исходном состоянии, указывает на то, что под нагрузкой на этих границах, возникают поперечные изгибы .

Таким образом, процесс перестройки ДС г.ри растяжении ци-

а

линдра проходит в два этапа: сначала исчезают 180 ДГ,перпендикулярные оси цилиндра, а затем -наклонные ДГ типа (101),расположенные в пограничной зоне, и одновременно происходит поворот аксиальных ДГ вокруг оси кристалла с появлением поперечиоги искривления. На этом перестройка, по-видимому, завершается, поскольку при деформациях вплоть до 4-10 (0< 80 МПа) суш,ест-

- и -

венных изменений кривых пропускания и рассеяния отмечено не было. Результаты экспериментов по многократному нагружению ■-.. раэгружению (рис. 3(г)) показывают, что перестройка ДС происходит воспроизводимо при одних и тех же деформациях (гистерезис отсутствует).

В противоположность растяжению, сжатие кристалла не приводило ни к появлении новых максимумов, ни к исчезновению существовавших на кривых пропускания, изменялась только их ширина и контраст .На кривых рассеяния интенсивность преломленных пучков..

возрастала, а их ширина уменьшалась . При сжатии суммарная пло-о

щадь 180 ДГ возрастает (от 25 до 50% площади продольного сече-

о

ния образца),а их разориенгация уменьшается от 1,5 в исходном о

состоянии до 0,5 при сжатии. После применения нагрузки изменения ДС- происходят не мгновенно, а растягиваются во времени до десятков и даже сотен часов (после полного нагружения или разг-ружения). Столь медленная кинетика связана .по-видимому, с процессами закрепления ДГ примесями внедрения.

Изучение влияния внешнего постоянного магнитного поля на внутреннюю ДС монокристаллов кремнистого железа проводилось непосредственно в поле на двух образцах цилиндрической Форш диаметром 13 мм и длиной 10 мм и 22 мм . Образец длиной 10 мм помешался между полюсами магнита, так что магнитное поле было параллельно оси С 0013 . Постоянное магнитное поле изменяли от 3,5-4 Кгс до 8 Кгс, в поле Н - 3,5-4 Кгс происходит изменение внутренней ДС. Слоевые границы типа (001) располагаются менее регулярно, а ДГ, проходящие через ось цилиндра, исчезают. Уменьшение общей прозрачности кристалла указывает на измельчение ДС. При значении Н - 5,5 Кгс ДС полностью перестраивается: отсутствуют аксиальные и слоевые границы. Вблизи торцов цилинд-

ра видны темные области, указывающие на еще более мелкую ДО, чем при Н -3,5-4 Кгс. При дальнейшем увеличении магнитного поля образец становится однородно намагниченным.

Изучение влияния изменения размеров цилиндрических монокристаллов кремнистого железа на внутреннюю ДС производилось на образцах при диаметре 13 мм, 7 т, 3,5 мм, длиной 30 мм ,два последних были изготовлены химическим травлением более толстых цилиндров. Показано, что с изменением диаметра цилиндра внутренняя ДС сохраняет свои основные черты (аксиальные намагничен- -ности вблизи поверхности, клиновидные замыкающие домены в пограничной зоне , а в в слоях ,во внутренней части, намагниченности перпендикулярны оси цилиндра).

Изучение влияния огранки монокристалла кремнистого железа на его внутреннюю ДС производилось на двух призматических об-

3

раэцах с размерами 10x10x60 мм , ограненных боковыми плоскостями (100) или (110) и изготовленных из цилиндров методом травления . Показано, что ДС призм сходна с ДС исходного цилиндра, .и все отличия в приповерхностных областях обусловлены только удалением части кристалла в процессе его огранки.

В связи с перспективами использования аморфных магнитных материалов изучалась ДС аморфных лент сплавов Fe/e Sig В,3 (1) и ^ 76.5 Nij №>0.J B/s (2) и влияние на нее упругих напряжений и внешнего насыщающего магнитного поля. ЗИказано, что рзэ-мер доменов в. аморфных лентах может в зависимости от упругих напряжений уменьшаться от 20-30 мкм до 3 мкм, и что в этих лентах может существовать анизотропия распределения ориентаций ДГ. Поскольку аморфный материал не имеет собственной анизотропии, это объясняется .по-видимому, распределением внутренних напряжений.

Г. СИ»)

№> л Г

X

'I

-I О I сС>

-161. (0/0)

(5) ? > • 4*

• ♦ . ♦ ,

♦

* • • 4

V ♦ 4

* 1

-1 с 1 ос*

(В)/

С но)

ч

у.

■1 О 1

<

* л»3

8МЙ

Рис. 4. Наблюдение эффекта адиабатического переворота спина нейтрона. Зависимость интенсивности нёпреломленных нейтронов от угла 00, ^-г.йбА (.), (х), а-система ДГ (100),б-система ДГ (110), в-система ДГ (010). Разностный эффект при двух длинах волн гИ-^М.^ЫрМДг); ¿-система ДГ (100), а-система ДГ (010), о-система ДГ (110) (г). Зависимость от толщины 8» для ДГ (100)-1 и (010)-2 (д).

В пятой главе разработана методика наблюдения эффекта адиабатического переворота спиисв тепловых нейтронов в экспериментах по рефракции на ДГ (рис.4...). На основании данных об изменении внутренней ДС под влиянием внешних воздействий' найдена

2

I

оптимальная величина упругой деформации сжатия для наблюдения эффекта адиабатического переворота спина нейтронов в цилиндрическом монокристалле железа.

Если имеет место адиабатический переворот спина нейтрона при пересечении им ДГ, то направление спина относительно вектора магнитной индукции в доменах остается неизменным, как в первом, так и во втором доменах. В этом случае потенциальная энергия нейтрона остается после прохождения ДГ неизменной и преломления не происходит. Следовательно, эффект переворота должен уменьшать долю преломленных нейтронов на величину !Пр.Р, пропор-цианальную вероятности переворота Р, и на эту ле величину увеличивается доля непреломленных нейтронов. Ясно, что вероятность Р с возрастанием угла скольжения оЬ падает иэ-аз уменьшения времени пребывания нейтрона внутри стенки, где меняется направление вектора индукции. Друпгмп словами, эффективная толаина ДГ определяется как

¿Ц,- В/атОО

где 8" - толщина стенки , измеряемая вдоль нормали к плоскости ДГ. В то же время 1н,пр.в области малых СЬ монотонно возрастает. Поэтому в некотором диапазоне малых углов скольжения должно наблюдаться увеличение интенсивности непреломленного пучка.

Предложен прямой способ наблюдения этого увеличения интенсивности - проведение двух .экспериментов при разных длинах волн. Вероятность переворота с увеличением длины волны нейтронов возрастает. Поэтому для большей У доля нейтронов , не испытавших преломление на ДГ, должна увеличиваться. Выделение вклада эффекта адиабатического переворота спина нейтрона на ДГ в этом случае основано, на сравнении результатов этих двух эксперимен-

тов. Поскольку преломление нейтронов обеих длин волн происходит на одних и тех же границах, разность интенсивностей непреломлен-. ных пучков для и Л2 обусловлена только эффектом переворота спина нейтрона при прохождении ДГ и не зависит от вида ДО.

Пусть форма максимума пропускания нейтронов, нормированная на значение интенсивности при ОС -О? в отсутствие эффекта переворота спина (Р—> 0 при 5 —>о ) определяется функцией Р (СО) при обеих Л :

I (06)- V (Об) ( 1 )

Тогда форма этого максимума при длинах волн ^определяется соотношениями

I (об, Л) - Р <*> + (1 -Р(о6))Р(о6 , (2)

I. (Сб, - У (1 -Р(06))Р(0С , Ъг)

отсюда следует:

г (об )-(1 (.сИ-,\)- р(о£., ^))/(1-Р(сС, ЛО) ( 3) к (об)-о Р(сб. Д2))/(1-Р(ос., Ъг))

Путем сравнения формы максимума пропускания на одной системе ДГ при двух длинах волн можно получить прямую информацию о вероятности переворота спина нейтрона на ДГ.

В экспериментах наблюдали рефракцию нейтронов при длинах.

о о

волн 1,53 А и 2,26 А на системах ДГ (100), (010), (110) в объеме цилиндрического монокристалла кремнистого железа в условиях упругого сжатия с нагрузкой 30 Мпа . Как показывают теоретические оценки , такое упругое воздействие не должно изменить толщины блоховской ДГ.

Для систем 180° ДГ типа (100) и (ОЮ) в определенном

диапазоне углов скольжения было обнаружено увеличение интенсивности непреломленных нейтронов с длиной волны (рис.4(г)), а для

о

системы 90 ДГ увеличения интенсивности не наблюдалось. После расчета вероятности эффекта адиабатического переворота спина нейтрона для JA^ и при определенной толщине (в рамках простейшей модели переворота вектора индукции В в слое толщиной В ), угловые зависимости интенсивностей пучков непреломленных нейтронов в отсутствие эффекта адиабатического переворота

спина нейтронов, рассчитанные по формулам (1-3) , сравнивались

л/2

между собой. Их отличие характеризовалось критерием Д , изменение которого в зависимости от величины §~ показано на рис.*/(ЭАПо этим данным толщша 180° блоховских ДГ в железе

о

составляет 1850+450 А. Полученное значение в пределах точности

о

(~25Х) согласуется с теоретической толщиной 180 ДГ в железе С5). Результаты показывают, что в разностных экспериментах по преломлению тепловых нейтронов удается выделить вклад эффекта

о

переворота спина при прохождении 180 ДГ, а по величине этого вклада - определить толщину ДГ в рамках простейшей модели. В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Разработан нейтронрефракционный метод исследования ДС ферромагнетиков, основанный на сочетании углового и линейного сканирования образца узким пучком нейтронов и по: воляющий определить. положение отдельных ДГ и их скоплений объеме ферромагнитного кристалла.

2. В кристаллах кремнистого железа , выращенных методом бестигельной зонной плавки, выявлена пространственная неоднородность ДО: в центральной, слоистой части квазидвумерная ДС построена из доменов, намагниченных перпендикулярно оси роста, в

приповерхностной части дошны намагничены вдоль этой оси, переходная область мёеду ними построена из клиновидных и разветвленных доменов.

3. Исследованы процессы упругого и магнитного перемзгничи-

вания и влияние на ДС огранки и размеров кристаллов кремнистого

железа. В процессе упругого аксиального растяжения кристалла в

'4

области деформаций около 2-10 происходит переход от аксиальной квазидвумерной ДС к квазиодномерной с продольной намагниченностью доменов во всем кристалле. Первый этап упругой пересг-

*

ройки состоит в устранении слоистой ДС в центральной части-кристалла, второй этап- в устранении зон разветвленных доменов. В аксиальном поле вначале (при-4-6 Кэ) разрушается исходная ДС и центральная часть кристалла намагничивается, а у торцов возникает дисперсная ДС, затем (при 8 Кэ) все ДГ исчезают и кристалл становится "прозрачным" . Изменение размеров и огранки кристалла не приводит к изменению обпрго характера квазидвумерной ДС.

о о

4. Определена толщина 180 ДС в кремнистом железе 1800 А)

по величине эффекта адиабатического переворота спина нейтрона, измеренного с помощью предложенного и реализованного в диссертационной работе метода наблюдения преломления нейтронов на одних и тех же системах ДГ при двух длинах волн.

ЛИТЕРАТУРА :

3.0.Schaerpr, Н.Strothmann. Neutren Techniques for Magnetic Domain and Domain Vail Investigation. Physica Scripta , 1S89 , v. Г24,р.58-70.

2. R.R Newton,K. Kittel. Fhys. Rev. ,74,1604,1948 (перевод в сб: Ой-

зика ферромагнитных областей под ред. Вонсовского С. К, 14 ИЛ, 1951, с.300)

3. Шильштейя С. Е , Соменков В. А., Елютин И. О., Бублейник А. О. Нейтронрефракционный метод исследования доменной структуры монокристаллических ферромагнетиков.- М: Препринт Института Атомной энергии им. Курчатова, ИАЭ-2765,1976, 20с.

4. Шильштейн С.П1 .Соменков В.А., Елютин И.О., Каланов М. Изучение доменной структуры кристаллов Fe (Si) нейтронрефракционнш методом. - Труды международной конференции по магнетизму, Н: Наука, 1974, т. IV , с. 381-386.

5. Li 1 ley В. А, - Phil. Mag. , 1950, v. 41, p. 792-911.

ОСИОВНЫВ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛДОЭДИХ РАБОТАХ :

1 . К. М. Podurets, V. A. Somenkov, R. R. Chistyakov.S. Sh. Shilshtein. Vizualizattcn of Internal Domain Structure of Silicon Iron Crystals by изins Neutron Radiography With Refraction Contrast.-Physica В 156,157 ,1989,p. 694-697.

2 .Квардаков ВВ., Подурец КМ., Чистяков Р.Р.,Шильштейн С.QL, Елютия ДО,.,. Кулиджанов Ф, Г., Брадлер Я , Кадечкова С. Перестройка доменной структуры монокристалла кремнистого железа при одноосном растяжении , - СТТ.1987, т. 29., вып. 2, с. 4j0-40S.

3 .Подурец К. U , Чистяков P.P., Шильштейн С. U., 'Квардаков а В., Кузьмишк» Е П. Исследование внутренней доменной структуры в лентах аморфных магнитных сплавов.- Препринт ИАЭ- 4682/2 , 198В,с.2.

4 . Шшштейн С. Е , Подурец К. М., Чистяков Р. Р., Квардаков В. а , Соменков В. А. Определение толщины 180-градусных доменных гракиц в кремнистом железе с помощь» преломления нейтронов. -дат, 1989, N7, р. 298-301.

5 . Шильетейн С. Ш., Подурец X. U., Чистяков Р. Р., Квардаков В. Е , Соменков В. А. Определение толщины Слоховской стенки в железе с использованием рефракции нейтронов. - Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений : тезисы докладов., Калинин, 1988, стр. 192-193.

в. К. М. Podurets, D. V. Sokolskiy, R. R. Chistyakov, S. Sh. Shilshtein. investigation of the Domain Structure of Si 1 icon Iron Single Crystals by Using Method of Neutron Radiography With Refraction Contrast.-Twelfth European Crystallogrraphio Meeting, collected absracts.v. 3,toscow, USSR,August 20-29,1989. 7. Шдурец К. Я , Сокольский Д. В., Чистяков Р. Р., Шльптейн С. Ш. . Реконструкция объемной доменной'структуры монокристаллов кремнистого железа по нейтрон-рефракционным изображениям внутренних доменных границ. -Ш, 1891, т. 33,N10,р. 2954-2961.