73579

Магнитное критическое рассеяние нейтронов. Корреляционный радиус. Парамагнитное рассеяние

Лекция

Физика

Результаты нейтронографических измерений указывали на резкое увеличение магнитного рассеяния нейтронов вблизи Брегговских пиков когда ферро или антиферромагнетик приближался к точке фазового перехода. Области корреляции в ферромагнетиках Теория критического рассеяния нейтронов на ферромагнетиках была построена Vn Hove. Общее выражение для магнитного рассеяния имеет вид.

Русский

2014-12-18

409 KB

0 чел.

 Лекция No. 11.

Магнитное критическое рассеяние нейтронов. Корреляционный радиус. Парамагнитное рассеяние.

1.    Магнитное критическое рассеяние. Результаты нейтронографических измерений указывали на резкое увеличение магнитного рассеяния нейтронов вблизи Брегговских пиков, когда ферро- или антиферромагнетик приближался к точке фазового перехода. Это явление назвали магнитным критическим явлением по своей природе оно аналогично дисперсии света при прохождении жидкости вблизи критического состояния (опалесценсия) или рентгеновское рассеяние вблизи точки упорядочения.

Магнитное критическое рассеяние связано с ростом флуктуаций спонтанной намагниченности в окрестности температуры Кюри. Флуктуации распространяются на расстояния более, чем межатомные расстояния и существуют более долгое время по сравнению с продолжительностью микроскопической релаксации. Поэтому, они формируют магнитное рассеяние с углами и энергиями, сильно отличающимимся от низкотемпературных (см. рис. 1).

                                    Рис. 1. Области корреляции в ферромагнетиках

Теория критического рассеяния нейтронов на ферромагнетиках была построена Van Hove [L. Van Hove. Phys. Rev. 95 (1954) 1374]. Феноменологический подход был развит в работах H. Gersch et al. [Phys. Rev. 103 (1956) 525] и Кривоглаза [RAN 118 (1958) 51]. Наиболее полная теория была развита De Gennes и Villain [J. Phys. Chem. Sol. 13 (1960) 10].

Рассмотрим основные моменты этих теорий.    

 Общее выражение для магнитного рассеяния имеет вид:  

 ( 11.1)

В упорядоченной фазе средние компоненты атомных спинов не равны нулю, тогда перепишем спиновый коррелятор:

                                         (11.2)

Здесь, первый член соответствует дальнему магниному порядку и дает магнитные Брегговские рефлексы. Второй член приводит к диффузному рассеянию, которое в общем случае является неупругим. Пусть энергия перехода Ep Ep меньше, чем исходная энергия нейтронов. В этом случае можно получить статическую аппроксимацию для корреляторов, рассматривая предел при t = 0. Подставляя (11.2) in (11.1) и интегрируяпо dEp, получаем:

                 ,     (11.3)

где,

                                    (11.4)

- тензор магнитной восприимчивости рассеивателя. Он описываетреакцию магнитной системы на неоднородное внешнее магнитное поле. Рассмотрим два случая: ниже и выше точки Кюри.

     T > TC .

                                                                                        (11.5)

где,

                                                      (11.6)  

T < TC.    

            ( = x, y, z),                                                             (11.7)

где,

,                                                           (11.8)

.                                         (11.9)

В соотношениях (11.8) and (11.9) величины i and FRi – средние значения спина иона в позиции  i и молекулярное поле, действующее на спин, когда внешнее поле равно нулю.

     Итак, в приближении среднего поля критическое рассеяние описывается Ур. (11.3), где тезор магнитной восприимчивости выражен через ур. (11.5) при T > TC и ур. (11.7) при T < TC.  

 

       

Критическое рассеяние в простом ферромагнетике с одной подрешеткой при T > TC  :

                                                        (11.10)

где,

                                                                                                           (11.11)

- парамагнитная восприимчивость без обменного взаимодействия; (q) – воспииимчивость, описывающая реакцию системы на неоднородное магнитное поле с волновым вектором q. Восприимчивость (q) может быть выражена через спиновый коррелятор :

         .                                                                               (11.12)

Пока не ясно как рассчитать коррелятор . Ясно, что в отсутствие обменного взаимодействия   0, так как спиновые проекции, связанные с разными позициями, статистически независимы и их среднее значение равно нулю. Если обмен существует, спиновые проекции коррелируют между собой и корреляции усиливаются при подходе к точке Кюри.

                                                                                            (11.13)

где, V0 –объем, приходящийся на магнитный атом, r1 и k1 – феноменологические параметры; r1 слабо зависит от температуры, k1-1 достигает макроскопических значений и уменьшается с температурой как r1:

                                                                                                             (11.14)

Для векторов q локализованных вблизи векторов обратной решетки :

 

                                                                                                        (11.15)

Тогда, сечение рассеяния при T > TC 

                                                         (11.16)

Поскольку k1 резко уменьшается при T  TC,  сечение рассеяния будет возрастать.

Критическое рассеяние с = 0 соответствует рассеянию на малые углы. Возникновение критического рассеяния с    0 важная особенность магнитного критического рассеяния, например, не наблюдается критического рассеяния света в жидкости. Рассеяние с   0 отражает тот факт, что спиновая система сохраняет ее упорядочение в пространстве, reflects that a spin system keeps its ordered arrangement in the space, несмотря на сильные разупорядоченные флуктуации намагниченности.   

Можно получить, что

;       ,                                                                (12.17)

где, a – параметр решеткиб z – число ближайших соседей, TC = 2zIS(S + 1)/3k . Мы видим, что r1 и k1 имеют свойства предсказанные теорией Ван-Хова.   В общем случае критического рассеяния вблизи брегговского пика имеем:

                                   (12.18)

Соотношение (12.18) справедливо при T>TC, когда T-TC <<TC. Если ферромагнетик имеет только одну подрешетку, то сечение рассеяния может быть записано как :

,                                               (12.19)

где,  и - продольная и поперечная компоненты тензора восприимчивости.  используя (12.18) и (12.19) мы можем переписать (12.19) как 

                      (12.20)

где,

                 .                             (12.21)

Оба параметра быстро уменьшаются при T  TC. Слеовательно, интенсивность рассеяния резко увеличивается достигая максимального значения в точке Кюри. При дальнейшем увеличении температуры интенсивность резко падает в соответствие с (12.16). Итак, рассеяние нейтронов около брегговского пика показывает максимум температурной зависимости около ТС.

2. Парамагнитное рассеяние нейтронов.  Если спины не коррелируют друг с другом, то сечение рассеяния нейтронов имеют вид

,                                                               (12.22)

Следовательно, интенсивность парамагнитного рассеяния определяется амплитудой магнитного момента и форм-факторной зависимостью.

3. Примеры измерений критического и парамагнитного рассеяния.

Fig.2. Критическое магнитное рассеяние вблизи TC в ферромагнетике. Buttom is a critical scattering in Fe3O4 at the angle near (111) Bregg’s peak =Breg -3. Middle part shows a critical scattering in Fe at the angle = 0.9. Top is the calculation results.

Fig. 3. Magnetic critical scattering in -FeNi alloys near reciprocal lattice point (000) [from Mikhailov et all. Phys. sol. st. 46 (2004)]


 

Fig. 4. A map plot of the critical scattering measured on FeCO# at a temperature 38.1 K [from ISIS guide for critical scattering measurements].


                      

Fig. 5 Paramagnetic scattering in TbCo5 [from Kelarev et al. 26 (1977)  330].

                                 

                                    

Fig. 6. Temperature dependences of lattice parameter (a), magnetization of Co – and Er- sublattices (b and d) and background intensity in ErCo2. [from Pirogov et al. Appl. Phys. A74 (2002) S598].  

  


PAGE  11


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26546. ВИТАМИНЫ МОЛОКА 10.22 KB
  ВИТАМИНЫ МОЛОКА. Витамины содержатся в молоке в различных количествах что обусловлено поступлением их в организм коровы с кормом интенсивностью синтеза микрофлорой рубца и степенью разрушения при обработке и хранении молока. Среднее содержание витаминов в 100 г молока составляет мг: жирорастворимых А 002 02 D 0002. ВИТАМИН А ретинол.
26547. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ХИМ.СОСТАВ И СВОЙСТВА МОЛОКА 13.48 KB
  СОСТАВ И СВОЙСТВА МОЛОКА. Лактацию с точки зрения изменения состава и свойств молока можно разделить на 3 периода: молозевныйпериод выделения нормального молока и период выделения стародойного молока. Изменение физиологического состояния лактирующих животных в начале и в конце лактации сопровся существенным изменением органолептических физикохимических и технологических свойств молока. Изготовленные из молока с примесью молозива и стародойного молока продукты имеют неприятный вкус и подвергаются быстрой порче.
26548. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КИСЛОТНОСТЬ МОЛОКА. ФАКТОРЫ, ПОВЫШАЮЩИЕ КИСЛОТНОСТЬ 946 Bytes
  ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КИСЛОТНОСТЬ МОЛОКА. ФАКТОРЫ ПОВЫШАЮЩИЕ КИСЛОТНОСТЬ: 1 использование в большом количестве силоса для кормления; 2 использование закисших забродивших кормов; 3 ЖКТ заболевание; 4 при выпосе в болотистой местности; 5в молозивный период повышается до 3840 градусов Тернера; 6 при сильном перегреве животных. ФАКТОРЫ СНИЖАЮЩИЕ КИСЛОТНОСТЬ: 1 состояние здоровья животного; 2 маститы снижают кислотность до 68 градусов Тернера.
26549. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВНИЯ МОЛОКА, СОДЕРЖАЩЕГО РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ЦЕЛЕЙ 1.71 KB
  ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВНИЯ МОЛОКА СОДЕРЖАЩЕГО РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ЦЕЛЕЙ. При загрязнении молока этими изотопами его можно очистить с помощью ионообменных смол на 7590. Из загрязненного молока рекомендуется вырабатывать сливочное и топленое масло переход радиоактивных веществ молока в сливочное масло не превышает 4 а в топленое 1 или сыр и творог кислотным способом переход радиоизотопов в готовый продукт не превышает 20 активности молока.
26550. ВСЭ И ТОВАРНАЯ ОЦЕНКА ЯИЦ. ТОВАРОВЕДЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЯИЦ 18.32 KB
  Яйца куриные пищевые ГОСТ Р 52121 2003 в зависимости от сроков хранения и качества подразделяют на диетические и столовые. К диетическим относят яйца срок хранения которых не превышает 7 суток со дня сортировки маркировки не считая дня снесения. В холодильнике яйца хранят при температуре 2 . Яйца принятые в торговую сеть как диетические но срок хранения которых установленный для яиц диетических в процессе реализации превысил 7 суток пере водят в категорию столовых.
26551. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ НЕЗАРАЗНЫХ БОЛЕЗНЯХ (ТИМПАНИЯ, ОЖОГИ, АСФИКСИЯ, ТРАВМЫ) 15.16 KB
  ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ НЕЗАРАЗНЫХ БОЛЕЗНЯХ ТИМПАНИЯ ОЖОГИ АСФИКСИЯ ТРАВМЫ. ВСЭ и санитарная оценка мяса вынужденно убитых животных при незаразных болезней. ВОСПАЛЕНИЯ ВЕРХНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ а также бронхиты пневмонии плевриты бронхопневмонии и плевропневмонии незаразной этиологии регистрируют чаще у молодняка и реже у взрослых убойных животных. Наиболее частые причины болезней содержание животных в сырых холодных помещениях на сквозняках цементном полу; скармливание заплесневелых кормов...
26552. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ АКТИНОМИКОЗЕ И НЕКРОБАКТЕРИОЗЕ. НЕКРОБАКТЕРИО3 11.61 KB
  Больные овцы хромают; при поражении обеих передних ног они ползают на путовых или карпальных суставах при поражении задних конечностей овцы подставляют их далеко под живот; при глубоком поражении тканей нередко спадает роговой башмак. При поражении нескольких органов удовлетворительной упитанности туши решение о возможности использования мяса и внутренних органов принимают после проведения бактериологического исследования на наличие патогенной кокковой микрофлоры и сальмонелл. При поражении костей на месте губчатого костного вещества...
26553. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ БРУЦЕЛЛЕЗЕ 5.19 KB
  При ветеринарносанитарной оценке мяса от бруцеллезных животных учитывают клинические признаки заболевания патологоанатомические изменения и данные серологических исследований. Мясо полученное от убоя животных всех видов которые имели клинические или патологоанатомические признаки бруцеллеза выпускают после проварки. Голова печень сердце легкие почки желудки и другие внутренние органы полученные от убоя животных всех видов реагирующих на бруцеллез или имеющие клинические признаки бруцеллеза выпускать в сыром виде запрещается; их...
26554. ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ДИКИХ ПРОМЫСЛОВЫХ ЖИВОТНЫХ 8.84 KB
  ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ДИКИХ ПРОМЫСЛОВЫХ ЖИВОТНЫХ В зависимости от вида диких животных их мясо отличается по органолептическим признакам морфологическому и химическому составу вкусовым и кулинарным качествам. У одних животных его мало лось заяц и такое мясо относится к тощему у других бывают значительные отложения медведь северный олень кабан. У большинства диких животных сразу после снятия шкуры мясо красного цвета. МЯСО ЛОСЯ темнокрасного цвета мышцы на разрезе грубоволокнистые однородного цвета покрыты плотными хорошо...