Влияние ультразвука на ЭПР и фотолюминесценцию кристаллов ZnS (стр. 2 из 3)

Целью данной работы является обобщить результаты исследования оптических параметров многоэлементной преломляющей рентгеновской линзы, разработанной в НИИПФП им.А.Н. Севченко БГУ, и оценить перспективы использования линзы для формирования субмикронных пучков.

Так как действительная часть показателя преломления n в рентгеновском диапазоне меньше единицы, то фокусировку рентгеновских лучей можно осуществить с помощью двояковогнутой линзы. Чтобы усилить преломляющие свойства линзы, в [1] было предложено использовать вместо одной линзы - N: фокусное расстояние такой системы определяется как:

, (1)

где f₁ - фокусное расстояние для одной линзы, R - радиус кривизны линзы, (1-d) - действительная часть комплексного показателя преломления n =1 - d - iβ, iβ - мнимая часть.

Преломляющая рентгеновская линза, как и линза для видимого излучения, позволяет получать уменьшенное изображение источника излучения. Эта особенность линзы используется для получения микро - и нано - пучков от сихротронных источников излучения. Для этих источников, как правило, область пространства, в которой формируется рентгеновский пучок, удалена от объекта исследования на расстояния, значительно превышающих фокусное расстояние линзы. Размер фокусного пятна S₁ рентгеновской линзы можно определить, пользуясь следующими формулами:

, (2)

, (3)

где a - расстояние от источника излучения до линзы, b - расстояние от линзы до плоскости изображения, S - размер источника излучения. Если источник излучения удален достаточно далеко, то размер изображения источника в идеале приближается к размеру дифракционного пятна, радиус которого R_dif рассчитывается по следующей формуле

, (4)

где R_a - апертура линзы. Для линз со сферической формой поверхности отрицательную роль играют сферические аберрации, приводящие к размытию фокального пятна. Эти аберрации можно охарактеризовать величиной r_s [3]:

, (5)

где l - длина волны. Смысл этого параметра r_s состоит в том, что рентгеновские лучи от удаленного источника, пересекающие линзу на расстоянии r_s от оси, фокусируются линзой в дифракционное пятно с радиусом R_dif.

Как правило, для случая сферической линзы соответствующие аберрации приводят к уширению фокального пятна до величины в несколько мкм. Поэтому для получения субмикронных пучков имеет смысл использовать диафрагму с радиусом отверстия, равным r_s. В этом случае размер пучка в фокальной плоскости для случая удаленного источника будет определяться формулой (5), рассчитанной для R_a = r_s. Например, для преломляющей линзы, состоящей из 100 сферических микролинз из эпоксидной смолы с радиусом кривизны поверхности, равным 100 мкм, фокусное расстояние равно 13 см для фотонов с энергией 8 кэВ. Параметр r_s для данного случая равен 30 мкм. Указанная линза, оснащенная диафрагмой с диаметром отверстия, равным 60 мкм (2r_s), позволяет сфокусировать рентгеновские лучи от удаленного источника в пятно размером 2R_dif = 400 нм.

Чтобы проиллюстрировать возможности преломляющей оптики, в таблице 1 приведены параметры синхротронов SSRL (США), APS (США), ANKA (Германия), ESRF (Франция), на которых испытывались линзы, разработанные в НИИПФП им.А.Н. Севченко БГУ. В графе "размер источника" указаны размеры источника (FWHM) в двух направлениях - вертикальном и горизонтальном.

Таблица 1. Параметры синхротронов, на которых испытывались рентгеновские линзы.

Название синхротрона, номер линзы	Расстояние от источника до линзы, м	Размер источника излучения, мкм Х мкм	Энергия фотонов
SSRL, линза № 1	16,8	400 Х 1700	7 кэВ, 8 кэВ
APS, линза № 2	58	23 Х 97	18 кэВ,20 кэВ
ANKA, линза № 3	12,7	250 Х 800	12 кэВ, 14 кэВ
ESRF, линза № 4	55	80 Х 250	18 кэВ

В таблице 2 суммированы результаты измерений фокусного расстояния и фокально пятна для линз №№1-4, которые отличаются числом микролинз. Линза №1 содержит 102 сферические микролинзы, линза №2 - 349 микролинз, линза №3 - 224 микролинзы, линза №4 - 112 микролинз. Радиус кривизны поверхности у всех линз равен 100 мкм.

Таблица 2. Результаты измерений фокусного расстояния и фокального пятна линз №№ 1-4.

Номер линзы	1	1	2	2	3	3	4
Энергия фотонов, кэВ	8	7	18	20	12	14	18
Число микролинз в линзе	102	102	349	349	224	224	112
Радиус кривизны линзы, мкм	100	100	100	100	100	100	100
Измеренное расстояние до плоскости изображения, мм	140	100	208	250	146	195	575
Рассчитанное расстояние до плоскости изображения, мм	126	97	192	240	147	195	590
Измеренное фокусное пятно, мкм	2.7	4	1.5	2.1	2.2	3.0	2.7
Рассчитанный размер фокусного пятна, мкм	3.2	2.7	0.08	0.1	2.5	3.3	0.8
Измеренное пропускание линзы,%	27	5	39	46	9.5	21.5	--

Размер пучка в фокальной плоскости для линз № 1 и № 2 определялся методом "ножа", для линзы № 3 - методом сканирования в пределах флуоресцентной мишени, для линзы № 4 - с использованием CCD - камеры. Размер пучка приведен только для измерения в одном направлении - вертикальном.

К настоящему времени довольно подробно изучен зонный метамагнитный переход в соединениях типа

Co₂, в которых R¢ и R¢¢ - либо легкие редкоземельные металлы, либо тяжелые. Переходы и в тех и в других системах объясняются на основе модели эффективного критического поля H_eff, действующего со стороны подсистемы локализованных f-электронов R-ионов на подсистему коллективизированных электронов, образованную, главным образом, d-электронами кобальта. Согласно этой модели зонный метамагнитный переход имеет место, если величина эффективного поля превышает критическое значение H » 70 Тл. В отсутствие внешнего магнитного поля величина H_eff пропорциональна намагниченности R-подсистемы. Как известно, в соединениях RCo₂ с легкими редкоземельными ионами магнитные моменты R - и Co-подсистем параллельны между собой, а в соединениях с тяжелыми РЗМ эти моменты упорядочены антипараллельно. С точки зрения указанной модели представляет интерес исследование магнитного состояния соединений Co₂, в которых концентрации R¢ и R¢¢ подобраны так, что суммарная намагниченность ионов R¢ и R¢¢ равна (или близка к) нулю.

В данной работе представлены результаты нейтронографических исследований соединений Nd_1-xTb_xCo₂ (0 £ х £ 1). Поликристаллические образцы были получены индукционной плавкой с последующим гомогенизирующим отжигом при 850 ˚С в течение 50 часов. Аттестация образцов проводилась с помощью металлографического, рентгенографического и нейтронографического анализов. Во всех образцах фаза RCo₂ является основной, содержание примесных фаз (RCo₃ и R₂O₃) не превышает 5%. Температурные зависимости электросопротивления измерялись четырехконтактным потенциометрическим методом на образцах с размерами около 1 × 1 × 6 мм³. Нейтронографический эксперимент проведен на дифрактометре Д-2, установленном на одном из горизонтальных каналов реактора ИВВ-2М (г. Заречный), с длиной волны нейтронов l = 1.805Ǻ. Результаты расчета нейтронограмм, измеренных при комнатной температуре, позволяют считать, что во всех исследованных нами соединениях Nd_1-xTb_xCo₂ основная фаза имеет кристаллическую структуру типа MgCu₂ (пространственная группа Fd3m). Параметр решетки a равномерно уменьшается с увеличением x, что связано с различием ионных радиусов Nd и Tb. Из кривых температурной зависимости электросопротивления для соединений Nd_1-xTb_xCo₂ были получены температуры Кюри T_C для каждого сплава.

Результаты анализа нейтронограмм показывают, что охлаждение образцов до 4.2 К сопровождается переходом к ромбоэдрической структуре (пространственная группа R-3m) для составов с х ³ 0.5. Для составов с х £ 0.5 охлаждение до 4.2 К сопровождается переходом к орторомбической структуре (пространственная группа Fddd). На всех нейтронограммах при 4.2 К наблюдаются вклады в рефлексы от магнитного рассеяния. С изменением состава сплавов наиболее заметно изменяется интенсивность рефлекса (111). Параметры кристаллической и магнитной элементарных ячеек совпадают. Магнитная структура соединений Nd_1-xTb_xCo₂ описывается волновым вектором k = 0. Были получены значения намагниченностей редкоземельной m_R и кобальтовой m_Co подрешеток, приведенные на рис.1 a, b.