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...

 

DPN,  канал №6

 

Ответственный: 
к. ф.-м. н., с.н.с.

 Зобкало Игорь Александрович

 zobkalo@pnpi.spb.ru

+7 813 71 46416

 

к. ф.-м. н., с.н.с.

Гаврилов Сергей Викторович

 

 

 

 

Область использования

 

Определение особенностей магнитного упорядочения в кристаллических объектах – определение типа магнитного порядка, вектора магнитной структуры, ориентации магнитных моментов.

 

Изучение магнитных фазовых диаграмм в таких объектах, как мультиферроики, высокотемпературные сверхпроводники и др.

 

Разделение магнитного и ядерного рассеяния в системах со взаимодействующими параметрами порядка.

 

               Определение кристаллических структурных искажений в магнитоупорядоченных кристаллах.

 

              

 

Описание прибора

 

            Пучок нейтронов, выходящий из реактора, поляризуется пятиметровым нейтроноводом, созданным на основе суперзеркалFe-Co. Из нейтроновода нейтроны попадают в магнитное поле радиочастотного флиппера, затем – в магнитное поле узла образца. Система ведущих полей узла образца позволяет ориентировать магнитный момент падающих на образец нейтронов в любом направлении. В режиме измерений с анализом поляризации монокристалл Гейслера Cu2MnAl используется как монохроматор и анализатор одновременно. Такая схема дает возможность производить эксперименты, используя метод XYZ-поляризационного анализа.

 

В измерениях без поляризационного анализа в качестве монохроматора используется кристалл пиролитического графита  (PG).

 

Для подавления нейтронов с длинами волн высоких порядков может быть использован фильтр на основе PG.

               При необходимости, для улучшения разрешения, используются  коллиматоры перед детектором и анализатором.

Рисунок 11. Дифрактометр поляризованных нейтронов

1 - поляризующий нейтроновод; 2 - защита нейтроновода; 3 - защитная маска из борированного полиэтилена; 4 - консоль со спин-флиппером и фильтром λ/2; 5 - образец; 6 - катушки ведущего поля; 7 - основание; 8 - платформа анализатора-детектора на пневмоопорах; 9 - поляризующий кристалл-анализатор; 10 - детектор; 11 - коллиматоры; 12 - ловушка прямого пучка.


Таблица 11. Параметры прибора

Средняя длина волны

λ>  2.0Å

Поток нейтронов на образце 

1×107 н·cм-2сек-1

Размер пучка нейтронов на образце

50×8 мм

Поляризация пучка нейтронов  

>92%

Поляризующий кристалл-монохроматор  Cu2MnAl

1,19Å <λ<4,15Å

Неполяризующий кристалл-монохроматор  PG

1,16Å <λ<4,0Å

Детектор - счётчик нейтронов СНМ-17

3He

Температура измерений

1,5К – 300К

 

Особенности

               В экспериментах на дифрактометре может быть применена методика XYZ-поляризационного анализа, уникальная для России. Этот метод  позволяет быстро и однозначно отделить магнитное рассеяние от ядерного, метод чрезвычайно эффективен при изучении соединений с взаимодействующими параметрами порядка.

Рисунок 12. Результаты сканирования магнитных сателлитов (0 1 0)+  и (0 0 0)+ в NdMn2O5 с применением XYZ-поляризационного анализа.

Особенностью прибора является обратная геометрия рассеяния, при которой на образец падает «белый» пучок поляризованных нейтронов, а монохроматизация и анализ поляризации нейтронов происходит после рассеяния на образце, что позволяет увеличить светосилу установки и обеспечивает возможность производить эксперименты методом XYZ-поляризационного анализа.


Рабочие длины волн дифрактометра –1,8 – 2,2 Å, что обеспечивает хорошее разрешение в обратном пространстве  ~0,001 Å-1. Такая ситуация позволяет производить изучение магнитных фазовых диаграмм с большой достоверностью.


Программное обеспечение дифрактометра позволяет задавать длительные программы измерений. Обеспечена возможность удаленного контроля и управления экспериментом.

Дополнительное оборудование

               Эксперименты производятся с использованием криостата «OrangeILL», который позволяет проводить измерения в диапазоне температур 1,4 К – 300 К, точность стабилизации - < 1%.

Перспективы развития

               Предполагается оснастить дифрактометр позиционно-чувствительным 2D-детектором.

Избранные публикации

1.     Gukasov  A.G.,  Zobkalo  I.A.,  Plakhty  V.P.,  KokovinS.Yu., Zhigunov D.I., Ignatenko A.A., Investigation Of Spin Correlations  In La2CuO4 By  Polarized  Neutrons.  Materials  Science  Forum,  1990,62-64, 187-188.

2.     Zobkalo I.A., Gukasov A.G., KokovinS.Yu., Plakhty V.P., Barilo S.N., Zhigunov D.I., Polarized Neutron  Scattering   Investigation of  Successive  Magnetic  Phase   Transitions   in   Nd2CuO4  and Nd2-xCexCuO4 , Sol.St.Com., 80, 1991, 921-924.

3.     Gukasov  A.G.,  Zobkalo  I.A.,  Plakhty  V.P.,  Polyakov  V.A.,     Cross-Correlation  Polarized Neutron  Spectrometer.  Physica   B, 180-181, 1992, 1007-1010.

4.     Gukasov A.G.,  Zobkalo  I.A.,  KokovinS.Yu.,  Plakhty  V.P., Barilo S.N., Zhigunov D.I.,  Investigation  of  Magnetic  Structure  in R2CuO4 (R  =  La,  Sr,  Nd,  Ce,  Eu)  by  Polarized  Neutrons,  Physica B, 180-181, 1992, 455-458.

5.     И.А. Зобкало, В.А. Поляков, О.П. Смирнов, С.В. Гаврилов, В.П. Плахтий, И.В. Голосовский, С.Н. Шарыгин. Нейтронныеисследованиямагнитныхсвойств EuMn2O5. ФТТ  38, 1307 (1996).

6.     V.I.Fedorov, A.G.Gukasov, V.Kozlov, S.V.Maleyev, V.P.Plakhty, I.A.Zobkalo, Interaction between the spin chirality and the elastic torsion. Phys. Letters A, 224 372-378, 1997.

7.     V.Polyakov, V.Plakhty, M.Bonnet, P.Burlet, L.-P.Regnault, S.Gavrilov, I.Zobkalo, O.Smirnov, Coupled magnetic and structural transitions in EuMn2O5 as studied by neutron diffraction and three-dimensional polarization analysis.PhysicaB 297 2008-2012, 2001.

8.     И. А. Зобкало,  С.В. Гаврилов, В.А. Санина, Е.И.Головенчиц. Температурный гистерезис магнитных фазовых переходов в Tb(1-x)CexMn2O5 (x=0, 0.2, 0.25). ФТТ 56,  57, 2014.

9.     I.A. Zobkalo, S.V. Gavrilov, N.Z. SawNyi, S.N. Barilo, S.V. Shiryaev. Magnetic ordering in NdMn2O5 studied by the neutron diffraction. J. Magn. Magn.Mater.354, 85-89, 2014.