О Центре

Центр коллективного пользования «Нейтронные исследования конденсированных сред» (ЦКП НИКС) создан на базе реактора ВВР-М (ФГБУ «ПИЯФ» НИЦ КИ). Сотрудниками ЦКП НИКС накоплен большой и разнообразный, включающий в себя как исследования фундаментальных магнитных и структурных свойств вещества, так материаловедческие исследования.
ЦКП НИКС ПИЯФ НИЦ КИ имеет уникальную для России приборную базу нейтронных установок на реакторе ВВР-М и экспериментальные возможности проведения исследований конденсированных сред различными методами нейтронного рассеяния. Все нейтронные установки ЦКП НИКС созданы его сотрудниками на основании многолетнего опыта работы с рассеянием нейтронов.

Подробнее...

 

NR-4M, канал №13

 

Ответственный: 
к. ф.-м. н., с.н.с.

 Сыромятников Владислав Генрихович

 svg@pnpi.spb.ru

+7 813 71 46973

к. ф.-м. н., с. н.с.

Плешанов Николай Константинович

 

м.н.с.

Матвеев Василий Александрович

 

 

Область использования

 

            4-х модовый нейтронный рефлектометр НР-4М с горизонтальной плоскостью рассеяния, с двумя спин-флипперами и анализатором поляризации отраженного пучка предназначен для исследования распределения в глубину плотностей длин когерентного ядерного и магнитного нейтронного рассеяния в образцах многослойных наноструктур. Это позволяет изучать не только морфологические и магнитные особенности этих структур (в т.ч. межслойных или приповерхностных областей), но и корреляции между этими особенностями. На рефлектометре также проводятся исследования с целью совершенствования нейтронно-оптических многослойных периодических и апериодических структур (монохроматоров и суперзеркал) и измерения по аттестации изготовленных элементов  на базе таких структур.

 

Описание прибора

            Узкий пучок тепловых нейтронов выйдя из внутриканального коллиматора (1), отражается от отклоняющего NiMo/Ti суперзеркала (m=2) (3), проходит через фоновый коллиматор (4), узел формирователя пучка (6), следует через коллимационную систему из двух кадмиевых диафрагм (8) и падает под малым (~0.25 градуса) углом theta на поверхность исследуемого образца (10). Интенсивность зеркально отраженного от образца и незеркально рассеянного на образце пучка регистрируется детектором (14). В поляризационных модах используются два спин-флиппера (7, 11) и суперзеркало CoFeV/TiZr (m=2) в качестве анализатора поляризации, рассеянного на образце пучка (12). В монохроматических модах зависимость коэффициента отражения R от переданного импульса q измеряется путем совместного сканирования образца и детектора в геометрии theta-2theta. Во время-пролетных модах зависимость R(q) измеряется с использованием  прерывателя пучка (5) и временного анализатора при неподвижных образце и детекторе. Образец помещается в однородное магнитное поле, которое можно изменять от -600 до 600 Э по программе. Спин-флипперы обеспечивают высокоэффективное флиппирование нейтронных спинов пучков с широким диапазоном нейтронных длин волн. Первый спин-флиппер (7) конструкции Корнеева предназначен для узкого коллимированного пучка. Второй флиппер(11) - широкоапертурный адиабатический радиочастотный спин-флиппер позволяет флиппировать спины нейтронов, рассеянных на образце в широком угловом диапазоне.

Рисунок 17. Рефлектометр НР-4М

1внутриканальный коллиматор, 2монитор, 3отклоняющее NiMo/Ti суперзеркало, 4  коллиматор, 5прерыватель пучка (чоппер), 6формирователь пучка, 71-й спин-флиппер, 8 диафрагмы, 9узел образца, 10образец, 112-й спин-флиппер, 12анализатор в постоянном магните, 13компьютерно управляемая диафрагма детектора, 14детектор. Оси движения компьютерно-управляемых юстировочных столов показаны стрелками.


Таблица 16. Параметры прибора

Режимы работы установки

время-пролетный и
с постоянной длиной волны

Диапазон рабочих длин волн

0,9÷5 Å

Плоскость рассеяния

горизонтальная

Ведущее поле

вертикальное

Магнитное поле в зазоре электромагнита

до 600 Э(на образце)

Средняя в диапазоне длин волн 0,9÷4,7 Å поляризующая эффективность суперзеркального  поляризатора

0,99, с максимумом 0,998 и минимумом 0,95.

Поляризующая эффективность поляризатора-монохроматора в максимуме пика

0,99

Монитор

счетчик 3Не (СНМ-13)

Детектор

счетчик 3Не (СНМ-17)

Диапазон углов скольжения

до 1°

Типичная угловая расходимость

около 0,013°

Разрешение по длине волны для время-пролетных мод

0,06 Å

Расстояние от прерывателя до детектора (время-пролетная база)

5002 мм

Относительная ширина монохроматического пика

0,074 (неполяризованный пучок)
0,065 (поляризованный пучок).

Доступный диапазон по переданному волновому вектору q

0,003÷0,27 Å-1

Разрешение по переданному волновому вектору dq/q

(2 – 7)% для время-пролетных мод,
(6 – 10)% для монохроматических мод

Эффективности флипперов, усредненные по спектру

<f1>=0,998±0,002
<f2>=0,997
±0,002

Юстировочные столы поляризатора,
образца и анализатора

прецизионное вращение и перемещение поперек пучка

Юстировочный стол детектора

прецизионное перемещение по дуге


Особенности прибора

    Уникальность данного нейтронного рефлектометра в его 4-х модовости, т.е. падающий на образец пучок может быть «белым» (имеющим широкое спектральное распределение) неполяризованным, «белым» поляризованным, монохроматическим неполяризованным и монохроматическим поляризованным. Выбор моды зависит от решаемой на нем физической задачи. Существенной особенностью рефлектометра является очень высокая степень поляризации падающего на образец пучка в обеих поляризационных модах.


Перспективы развития

Перспективы прибора связаны с заменой в монохроматических модах узла формирователя пучка поляризующих и неполяризующих периодических структур (монохроматоров) на новые с меньшим периодом структур фирмы SwissNeutronics(Швейцария). Это позволит в 2-2,5 раза улучшить разрешение по переданному импульсу в монохроматических модах и сравняться по этому разрешению с время-пролетными модами данной установки. Это даст возможность существенно увеличить количество исследуемых образцов по сравнению с тем же периодом времени до модернизации, т.е. увеличить пропускную способность установки, т.к. время измерения в монохроматических модах заметно меньше чем во время-пролетных при той же статистической точности.

Установка печки, а также криогенного и вакуумного оборудования позволит проводить на рефлектометре исследования образцов в широком диапазоне температур.

               Завершение изготовления многоканального источника тока позволит проводить эксперименты с векторным анализом поляризации.

 

Публикации

 

1. V.G. Syromyatnikov, N.K. Pleshanov, V.M. Pusenkov, A.F. Schebetov, V.A. Ul’yanov, Ya.A. Kasman, S.I. Khakhalin, M.R. Kolkhidashvili, V.N. Slyusar, A.A. Sumbatyan. Four-modes neutron reflectometer NR-4M. - Preprint PNPI № 2619, Gatchina (2005) p.47.

2. B. Chen, C.Q. Huang, X.X. Li, N.K. Pleshanov, V.G. Syromyatnikov and A.F. Schebetov.  Investigation of CoFe/TiZr multilayers by polarized neutron reflectometry. - Physica B, v.385-386, part1 (2006) pp.663-666.

3. N.K. Pleshanov, B.G. Peskov, A.F. Schebetov, V.G. Syromyatnikov, B. Chen, C.Q. Huang and X.X. Li. Observation of difference in nuclear and magnetic roughness in CoFe/TiZr multilayers by polarized neutron reflectometry. - Physica B: Condensed Matter, v. 397, N (issues) 1-2 (2007) pp. 62-64.

4. Н.К. Плешанов, Л.А. Аксельрод, В.Н. Забенкин, В.Г. Сыромятников, В.А. Ульянов. Нейтронная рефлектометрия с векторным анализом поляризации: первые шаги. – Поверхность, №11 (2008), с.3-13.

5. N.K. Pleshanov, A.P. Bulkin, V.G. Syromyatnikov. A new method for improving polarizing neutron coatings. - Nuclear Instruments and Methods  A 634 (2011) s63-s66.

6. V. Matveev, N. Pleshanov, A. Bulkin, V. Syromyatnikov. The study of the oxidation of thin Ti films by neutron reflectometry. - Journal of Physics: Conference Series 340 (2012) p. 012086 (1-4).

7. N.K. Pleshanov, V.L. Aksenov, A.P. Bulkin, A.A. Fraerman, V.A. Matveev, Yu. V. Nikitenko, V.G. Syromyatnikov, S.N. Vdovichev, V.M. Uzdin. Study of magnetization of a bilayer nanostructure CoCu/Co (GF/F) by polarized neutron reflectometry. - Journal of Physics: Conference Series 340 (2012) p. 012085 (1-11).