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

27524. Понятие и виды норм права 31.5 KB
  Юридическая норма норма права общеобязательное веление выраженное в виде госновластного предписания и регулирующее обществ. Сосредоточены в Конституции; нормыпринципы з датые предписания выражающие и закрепляющие принципы права; определительноустановочные нормы предписания определяющие цели задачи отделх отраслей права правовых институтов предмет формы и средства правового регулирования закрепляющие целевые установки з датля; нормы дефиниции правовые понятия термины: определение преступления виды сделок; б нормы...
27525. Понятие и виды функций права 34.5 KB
  Понятие и виды функций права. Сегодня нет единого взгляда на проблему функции права. Если синтезировать многочисленные точки зрения по этому вопросу то можно увидеть что в конечном счете под функцией права понимают либо социальное назначение права либо направление правового воздействия на общественные отношения либо и то и другое вместе взятое. Система функций права является сложным многоуровневым явлением.
27526. Понятие и классификация нормативно-правовых актов 28 KB
  НПА предписания субъектов правотворчества содержащие нормы права. Признаки НПА: 1 результат правотворческой деятельности органов и должностных лиц наделенных строго определенной компетенцией; 2 содержат общеобязательные правила поведения и предписания; 3 выражают государственную волю; 4 принимаются в особом порядке; 5 имеют установленную форму указ постановление закон реквизиты порядок вступления в силу и сферу действия; 6 регулируют наиболее типичные массовые отношения рассчитаны на постоянное длительное действие; 7 не...
27527. Понятие и структура правосознания 25 KB
  Выделяют следующие основные черты правосознания: 1 является одной из форм общественного знания; 2 состоит из идей теорий чувств эмоций настроений и других компонентов; 3 носителями компонентов правосознания являются различные субъекты права; 4 обращено не только к настоящему но и к прошлому и к будущему; 5 является формой права в отдельные периоды развития общества; 6 ориентирует субъектов права в социальноправовых ситуациях позволяет им делать соответствующий не всегда правомерный выбор и принимать юридически значимые решения....
27528. Понятие, признаки и виды правомерного поведения 29 KB
  Понятие признаки и виды правомерного поведения Правомерное поведение личности это поведение соответствующее предписаниям юридических норм т. законопослушное социальное поведение облеченное в юридическую форму. Правомерное поведение очень широко по своему диапазону и весьма неоднородно по характеру. Активное правомерное поведение.
27529. Понятие, стадии, способы и типы правового регулирования 31.5 KB
  Понятие стадии способы и типы правового регулирования Правовое регулирование целенаправленное результативное юридическое воздействие права на общественные отношения осуществляющееся при помощи совокупности юридических средств норм права правоотношений и актов реализации составляющих его механизм механизм правового регулирования. Метод правового регулирования представляет собой специфический способ совокупность способов правового воздействия на регулируемые общественные отношения. Он складывается из комбинации следующих способов...
27530. Правовая культура, понятие и структура 26 KB
  Правовая культура понятие и структура. Существует несколько подходов к понятию культуры: 1 антропологические согласно которым культура это совокупность всех благ созданных человеком в отличие от того что создала природа; 2 социологические согласно которым культура это совокупность всех духовных ценностей; 3 философские согласно которым культура это исторически определенный уровень развития общества творческих сил и способностей человека. Таким образом правовая культура это совокупность всех ценностей созданных человеком в...
27531. Правовое отношение: понятие и признаки, состав 25 KB
  Правоотношения это охраняемые государством общественные отношения возникающие как правило вследствие воздействия норм права на поведение людей и характеризующиеся наличием субъективных прав и юридических обязанностей у их участников. Признаки: 1 разновидность отношений общественных; 2 возникают на основе норм права; 3 характеризуются наличием у их участников субъективных прав и юридических обязанностей; 4 волевые отношения это означает что помимо нормы права которая сама по себе уже выражает определенную волю для возникновения...
27532. Преемственность в праве: понятие, виды и значение 28.5 KB
  Преемственность в праве заимствование правом того или иного государства положения прошлых либо современных правовых систем заимствование наилучших моделей элементов конструкций описания механизма правового регулирования с целью совершенствования правовых систем и правовой культуры Правопреемственность это необходимый элемент закона отрицания отрицания. Главным фактором обусловливающим преемственность является необходимость нормативного регулирования ряда общественных отношений вытекающая из потребностей самого общества и...