73586

Ручной расчет интенсивностей магнитных рефлексов для образца с простой коллинеарной антиферромагнитной структурой

Лекция

Физика

Другими словами рассчитанная нами нейтронограмма должна содержать два типа рефлексов ядерные и магнитные рефлексы. Интенсивности и угловые положения ядерных рефлексов для нашего образца мы рассчитали на Лекции. Поэтому сейчас рассчитаем только интенсивности магнитных рефлексов.

Русский

2014-12-18

294 KB

1 чел.

Лекция 4

Ручной расчет интенсивностей магнитных рефлексов для образца с простой коллинеарной антиферромагнитной структурой

Сегодня мы проведем расчет порошковой нейтронограммы антиферромагнетика, используя выражения для интенсивностей рефлексов, которые были приведены на прошлой лекции. При расчете мы не будем пользоваться компьютерными программами, т.е. мы выполним, так называемый ручной расчет нейтронограммы.

Пусть сплав с формулой   AB имеет объемноцентрированную кубическую решетку, в которой вершины куба заняты атомами сорта А, а позиция в центре куба занята атомами сорта В. Пусть далее, магнитные моменты атомов А и В упорядочены антипараллельно друг другу, т.е. образуют коллинеарную антиферромагнитную структуру (см. рис.)  

                                      

                                           Рис. 1.

В этой структуре координаты атомов А есть (0, 0, 0), а координаты атомов В есть  (½, ½, ½). Параметр решетки AB равен a = 4 Ǻ, пусть для определенности амплитуда ядерного когерентного рассеяния bA = 1·10-12 cм, а  bB = 1·10-12 cм для атомов сорта A и B, соответственно. Модули магнитных моментов атомов A и B равны 1 B.

Длина волны нейтронов в падающем на образец пучке равна = 2 Ǻ, образец имеет форму пластины, полностью перекрывающей пучок.

Рассматривая упругое когерентное рассеяние нейтронов на нашем образце, мы должны различать два вида рассеяния: ядерное и магнитное. Другими словами, рассчитанная нами нейтронограмма должна содержать два типа рефлексов – ядерные и магнитные рефлексы. Интенсивности и угловые положения ядерных рефлексов для нашего образца мы рассчитали на Лекции  2. Поэтому сейчас рассчитаем только интенсивности магнитных рефлексов.

На первом шаге мы должны определить, какие магнитные рефлексы (имеется в виду индексы hkl) появятся на нейтронограмме. Для этого найдем волновой вектор магнитной структуры. По определению волнового вектора имеем:

       Snj = S0j·exp(iktn),                                                                              (4.1)

где, S0j и Snj – спины атома сорта j в нулевой и n- ячейке, tn – вектор трансляции, k – волновой вектор:

                 k = k1b1 + k2b2 +k3b3,                                                               (4.2)

где, k1, k2, и k3 - коэффициенты, b1, b2 и b3 – векторы обратной решетки. Обозначим левый нижний атом как j- атом, а три соседних как 1, 2 and 3; трансляции в направлении этих атомов обозначим как t1, t2 и t3. Вектора трансляций в прямой и обратной ячейках связаны соотношением:

                      bi·tk = 2ik                                                          (4.3)

Тогда получаем :

                 S1j = S0j·exp(ikt1) = S0j·exp(ik1b1·t1),                                               (4.4)

                 S2j = S0j·exp(ikt2) = S0j·exp(ik2b2·t2),                                               (4.5)

                 S3j = S0j·exp(ikt3) = S0j·exp(ik3b3·t3),                                               (4.6)

Такие же уравнения нетрудно получить и для спинов атомов В.

Из рис.1 видно, что S11 = S2j = S3j = S0j, следовательно, k1, k2, и k3 равны нулю или целому числу. Принято выбирать вектор k в первой зоне Бриллюэна.

        

  Соответствие между буквенными обозначениями волнового вектора и его выражением через векторы обратной решетки:

Γ = 0,

M = ½b1 + ½b2,  

R = ½b1 + ½b2 + ½b3,

T = ½b1 + ½b2 + νb3,

Σ = νb1 + νb2,

Λ = νb1 + νb2 + νb3.

В прошлой лекции мы видели, что в случае антиферромагнетика имеет место соотношение:

                                       q = k + b,                                                             (4.7)

которое связывает индексы магнитных рефлексов с индексами ядерных рефлексов:

                           (hkl)mag = k + (hkl)nucl,                                                       (4.8)

Итак, индексы магнитных рефлексов, или совпадают с индексами ядерных рефлексов или отличаются от них на целые числа.                                                                                                                                                      

Тогда, возможны следующие рефлексы: (100), (110), (111), (200), (210), и т.д..

Начнем наш расчет с семейства рефлекса (100).

В начале определим величину вектора магнитного взаимодействия M, который определяется проекцией магнитного момента на плоскость (100). Из

рис.1 видно, что магнитные моменты атомов А и В имеют максимальную проекцию на 4 плоскости - (100), (010), (-100) and (0-10) и нулевые проекции на плоскости (001) и (00-1). Следовательно, магнитное рассеяние возможно только от плоскостей (100), (010), (-100) and (0-10).

Рассчитаем структурный фактор для плоскости (100) :

          F2hkl = 0.26952(A2hkl + B2hkl),                                                                   (4.9)

         Ahkl = hxj + kyj + lzj),                                           (4.10)

        Bhkl = hxj + kyj + lzj).                                             (4.11)

A100 = A·fA100·MA100·cos2(0 + 0 + 0)

       + B·fB100·MB100·cos2(½ + ½ + ½) =

       = A·fA100·(1)·(1) + B·fB100·(1)·(1)

       = A·fA100+ B·fB100.  

B100 = 0.  

So,

                F2100 = 0.26952·( A·fA100+ B·fB100)2.                                          (4.12)

Сейчас мы должны определить значения форм-факторов для магнитного рассеяния на атомах A и B (смю рис. 2 и 3).

                   

                                                       Рис. 3

                      

                                                    

Угловое положение рефлекса (100) можно взять из Лекции 2:

100 = 14.5. Тогда, sin100/ = sin14.5/2 = 0.127. Than,

       fA(0.127) =  0.98.

       fB(0.127) = 0.47.

Тогда, получаем структурный фактор для отражения (100)

                           F2100 = 0,26952·{(1·0.98) + (1·0.47)}2 = 0.153.               (4.13)

Итак, интенсивность рефлекса (100) равна

             I100 = F2hkl·Lhkl = F2100·L100,                                                            (4.14)

где Lhkl = 1/sin22hkl  - фактор Лоренца, определенный нами в Лекции 2. Для отражения (100) этот фактор равен

L100  : 100 = 14.5 and  L100 = 4.255.

Подставляя в (4.13) получаем

           I100 = 0.153·4.255 = 0.651 (барн).                                                    (4.15)

Принимая во внимание, что четыре рефлекса из семейства (100) имеют одинаковое значение вектора магнитного взаимодействия MA100, получаем, что общая интенсивность от магнитного рефлекса (100) на порошковой нейтронограмме равна

           I(100) = 4·0.651 = 2.6 (барн).                                                              (4.16)

Подобным образом рассчитаем вектор магнитного взаимодействия и структурный фактор для отражения (110).

(110) отражение

Из рис. 1 видно, что Mj(110) = 1.0 для 4 плоскостей типа (110) Mj(110) = 1/√2 = 0.707 для 8 плоскостей типа (101).

Структурный фактор рассчитывается из

                       F2110 = 0.26952(A2110 + B2110).                                                (4.17)

    A110 = A·fA110·MA110·cos2(0 + 0 + 0)

           + B·fB110·MB110·cos2(½ + ½ + ½) =

           = A·fA110·(1)·(1) + B·fB110·(1)·( 1)                                                 (4.18)

значения форм-факторов fA110· и  fB110 определим из рис. 3 и 4.

Для этого определим величину sin110/.

Как мы уже знаем, в случае кубической решетки, угловое положение рефлекса можно определить по формуле:

                  sin110 = /2a = 2.0/24 = 0.353.        (4.19)

тогда, sin110/ = 0.353/2.0 = 0.176, и = 20.7.

Из рис.3 и 4 получаем

                             fA110 = 0.975 and  fB110 = 0.592.                                        (4.20)

Подставляя в  (4.17)  находим A110:

       A110 = 1·0.975·(1)·(1) + 1·0.592·(1)·( 1) = 0.383                                  

Тогда A2110 = 0.147                                                                                          (4.21)

B2110 = 0.                                                                                                          

Подставляя в  (4.18) имеем

                 F2110 = 0.269520.147= 0.011.                                                       (4.22)

Итак, интенсивность магнитного рассеяния от плоскости (110) :

         I110 = F2110·L110 ,  

где 

           L110 = 1/sin22hkl = 1/sin2(220.7) = 2.29,                                        (4.23)

тогда,

      I110 = 0.011·2.29 = 0.025 (барн).

Учитывая, что имеется 4 таких отражения, получаем

        4 I110 = 0.1 (барн).                                                                               (4.24)                                                                                   

Кроме того, есть еще 8 рефлексов с Mj101 = 0.707.

Подставляя Mj101 = 0.707 в (4.18) имеем :

        A101 = 1·0.975·(0.707)·(1) + 1·0.592·(0.707)·( 1) = 0.27.

        B101 = 0.

Тогда,

                F2101 = 0.26952A2101= 0.269520.272 = 0.005 (барн).                   (4.25)

Интенсивность магнитного рассеяния от этих плоскостей типа (101) есть:

               I101 = F2101·L101 = 0.005·2.29 = 0.011,

Учитывая, что имеется 8 таких отражений, получаем

         8 I101 = 8 0.011 = 0.088 (барн).                                                     (4.26)

Тогда, суммируя (4.24) and (4.26) получаем полную интенсивность магнитного рассеяния от плоскости  (101) на порошковой нейтронограмме :

         I(101) = 0.1 + 0.088 0.2 (барн).

В Лекции 3 мы нашли, что ядерный пик (101) имеет нулевую интенсивность. Следовательно, на нашей нейтронограмме будут присутствовать чисто магнитные рефлексы.

Суммируя результаты расчета ядерных и магнитных рефлексов, мы получим следующую порошковую нейтронограмму соединения АВ.

Для наглядности интенсивность рефлекса (101) увеличена в 10 раз.   

                          

                                      Рис.5     

Задание: Рассчитать интенсивность магнитного рассеяния для отражения (111).

  

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18790. Особенности реализации вычислительных процедур в цифровых ЛСУ. Табличные методы обработки информации 103.02 KB
  Особенности реализации вычислительных процедур в цифровых ЛСУ. Табличные методы обработки информации. Основные задачи вычислительного характера возлагаемые на МПС: 1. Траекторные расчеты 2. Математические вычисления 3. ...
18791. Оценка точности реализации алгоритмов обработки информации в ЛСУ 112.13 KB
  Оценка точности реализации алгоритмов обработки информации в ЛСУ. Для анализа точности используется 2 подхода: апостериорый экспериментальный и априорный аналитический. Оценка точности реализации табличноалгоритмического метода вычислений определяется в данн. сл
18792. Системы сбора и первичной обработки информации в ЛСУ. Определение истинных значений параметров объекта по показаниям датчиков 53.97 KB
  Системы сбора и первичной обработки информации в ЛСУ. Определение истинных значений параметров объекта по показаниям датчиков. Основные характеристики потока информации: 1. Объект управления как источник информации; 2. Назначение процесса информирования; 3. Структура с
18793. Исследование распределения температуры и влажности воздуха в помещении учебной аудитории №408 235.5 KB
  Изучение характера распределения температуры и относительной влажности воздуха по объёму помещения; Получение практических навыков по измерению температуры и влажности в помещении с помощью измерителя влажности и температуры «ТКА-ТВ»
18794. Типовые непрерывные законы управления. Устойчивость промышленных систем управления с непрерывными регуляторами 431.53 KB
  Типовые непрерывные законы управления. Устойчивость промышленных систем управления с непрерывными регуляторами. Законы регулирования Динамические характеристики ОУ обычно м.б. аппроксимированы некоторыми типовыми зависимостями. Это позволяет всё возможное разноо...
18795. Реализация типовых законов управления в цифровых ЛСУ. Адекватность моделей непрерывных и цифровых регуляторов 270.53 KB
  Реализация типовых законов управления в цифровых ЛСУ. Адекватность моделей непрерывных и цифровых регуляторов. ИЭ1 импульсный элемент входного коммутатора который преобразует непрерывный сигнал в последовательность импульсов КЭ кодирующий элемент который о...
18796. Принципы построения и основные структуры реальных промышленных регуляторов 489.21 KB
  Принципы построения и основные структуры реальных промышленных регуляторов. Рассмотрим общий принцип построения желаемой структуры автоматических регуляторов. При охвате какоголибо участка схемы с передаточной функцией отрицательной обратной связью получаем эк...
18797. Модули УСО и удаленного ввода - вывода 68.12 KB
  Модули УСО и удаленного ввода вывода. Неотъемлемой частью любой АСУТП являются устройства связи с объектом УСО назначение которых заключается в сопряжении датчиков аппаратуры и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вы...
18798. Построение плат дискретного ввода – вывода 205.65 KB
  Построение плат дискретного ввода вывода Платы дискретного вв‐выв ПДВВ предст. собой устрва преобразования двоичных сигналов логических уровней 1 и 0. Этим уровням соответствует напряжение на замкнутом или разомкнутом ключах. Величина напряжения может быть различн...