Преломляющая рентгеновская линза, как и линза для видимого излучения, позволяет получать уменьшенное изображение источника излучения. Эта особенность линзы используется для получения микро - и нано - пучков от сихротронных источников излучения. Для этих источников, как правило, область пространства, в которой формируется рентгеновский пучок, удалена от объекта исследования на расстояния, значительно превышающих фокусное расстояние линзы. Размер фокусного пятна S1 рентгеновской линзы можно определить, пользуясь следующими формулами:
, (2)
, (3)
где a - расстояние от источника излучения до линзы, b - расстояние от линзы до плоскости изображения, S - размер источника излучения. Если источник излучения удален достаточно далеко, то размер изображения источника в идеале приближается к размеру дифракционного пятна, радиус которого Rdif рассчитывается по следующей формуле
, (4)
где Ra - апертура линзы. Для линз со сферической формой поверхности отрицательную роль играют сферические аберрации, приводящие к размытию фокального пятна. Эти аберрации можно охарактеризовать величиной rs [3]:
, (5)
где l - длина волны. Смысл этого параметра rs состоит в том, что рентгеновские лучи от удаленного источника, пересекающие линзу на расстоянии rs от оси, фокусируются линзой в дифракционное пятно с радиусом Rdif.
Как правило, для случая сферической линзы соответствующие аберрации приводят к уширению фокального пятна до величины в несколько мкм. Поэтому для получения субмикронных пучков имеет смысл использовать диафрагму с радиусом отверстия, равным rs. В этом случае размер пучка в фокальной плоскости для случая удаленного источника будет определяться формулой (5), рассчитанной для Ra = rs. Например, для преломляющей линзы, состоящей из 100 сферических микролинз из эпоксидной смолы с радиусом кривизны поверхности, равным 100 мкм, фокусное расстояние равно 13 см для фотонов с энергией 8 кэВ. Параметр rs для данного случая равен 30 мкм. Указанная линза, оснащенная диафрагмой с диаметром отверстия, равным 60 мкм (2rs), позволяет сфокусировать рентгеновские лучи от удаленного источника в пятно размером 2Rdif = 400 нм.
Чтобы проиллюстрировать возможности преломляющей оптики, в таблице 1 приведены параметры синхротронов SSRL (США), APS (США), ANKA (Германия), ESRF (Франция), на которых испытывались линзы, разработанные в НИИПФП им.А.Н. Севченко БГУ. В графе "размер источника" указаны размеры источника (FWHM) в двух направлениях - вертикальном и горизонтальном.
Таблица 1. Параметры синхротронов, на которых испытывались рентгеновские линзы.
|
Название синхротрона, номер линзы |
Расстояние от источника до линзы, м |
Размер источника излучения, мкм Х мкм |
Энергия фотонов |
|
SSRL, линза № 1 |
16,8 |
400 Х 1700 |
7 кэВ, 8 кэВ |
|
APS, линза № 2 |
58 |
23 Х 97 |
18 кэВ,20 кэВ |
|
ANKA, линза № 3 |
12,7 |
250 Х 800 |
12 кэВ, 14 кэВ |
|
ESRF, линза № 4 |
55 |
80 Х 250 |
18 кэВ |
В таблице 2 суммированы результаты измерений фокусного расстояния и фокально пятна для линз №№1-4, которые отличаются числом микролинз. Линза №1 содержит 102 сферические микролинзы, линза №2 - 349 микролинз, линза №3 - 224 микролинзы, линза №4 - 112 микролинз. Радиус кривизны поверхности у всех линз равен 100 мкм.
Таблица 2. Результаты измерений фокусного расстояния и фокального пятна линз №№ 1-4.
|
Номер линзы |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
4 |
|
Энергия фотонов, кэВ |
8 |
7 |
18 |
20 |
12 |
14 |
18 |
|
Число микролинз в линзе |
102 |
102 |
349 |
349 |
224 |
224 |
112 |
|
Радиус кривизны линзы, мкм |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
Измеренное расстояние до плоскости изображения, мм |
140 |
100 |
208 |
250 |
146 |
195 |
575 |
|
Рассчитанное расстояние до плоскости изображения, мм |
126 |
97 |
192 |
240 |
147 |
195 |
590 |
|
Измеренное фокусное пятно, мкм |
2.7 |
4 |
1.5 |
2.1 |
2.2 |
3.0 |
2.7 |
|
Рассчитанный размер фокусного пятна, мкм |
3.2 |
2.7 |
0.08 |
0.1 |
2.5 |
3.3 |
0.8 |
|
Измеренное пропускание линзы,% |
27 |
5 |
39 |
46 |
9.5 |
21.5 |
-- |
Размер пучка в фокальной плоскости для линз № 1 и № 2 определялся методом "ножа", для линзы № 3 - методом сканирования в пределах флуоресцентной мишени, для линзы № 4 - с использованием CCD - камеры. Размер пучка приведен только для измерения в одном направлении - вертикальном.
К настоящему времени довольно подробно изучен зонный метамагнитный переход в соединениях типа Co2, в которых R¢ и R¢¢ - либо легкие редкоземельные металлы, либо тяжелые. Переходы и в тех и в других системах объясняются на основе модели эффективного критического поля Heff, действующего со стороны подсистемы локализованных f-электронов R-ионов на подсистему коллективизированных электронов, образованную, главным образом, d-электронами кобальта. Согласно этой модели зонный метамагнитный переход имеет место, если величина эффективного поля превышает критическое значение H » 70 Тл. В отсутствие внешнего магнитного поля величина Heff пропорциональна намагниченности R-подсистемы. Как известно, в соединениях RCo2 с легкими редкоземельными ионами магнитные моменты R - и Co-подсистем параллельны между собой, а в соединениях с тяжелыми РЗМ эти моменты упорядочены антипараллельно. С точки зрения указанной модели представляет интерес исследование магнитного состояния соединений Co2, в которых концентрации R¢ и R¢¢ подобраны так, что суммарная намагниченность ионов R¢ и R¢¢ равна (или близка к) нулю.
В данной работе представлены результаты нейтронографических исследований соединений Nd1-xTbxCo2 (0 £ х £ 1). Поликристаллические образцы были получены индукционной плавкой с последующим гомогенизирующим отжигом при 850 ˚С в течение 50 часов. Аттестация образцов проводилась с помощью металлографического, рентгенографического и нейтронографического анализов. Во всех образцах фаза RCo2 является основной, содержание примесных фаз (RCo3 и R2O3) не превышает 5%. Температурные зависимости электросопротивления измерялись четырехконтактным потенциометрическим методом на образцах с размерами около 1 × 1 × 6 мм3. Нейтронографический эксперимент проведен на дифрактометре Д-2, установленном на одном из горизонтальных каналов реактора ИВВ-2М (г. Заречный), с длиной волны нейтронов l = 1.805Ǻ. Результаты расчета нейтронограмм, измеренных при комнатной температуре, позволяют считать, что во всех исследованных нами соединениях Nd1-xTbxCo2 основная фаза имеет кристаллическую структуру типа MgCu2 (пространственная группа Fd3m). Параметр решетки a равномерно уменьшается с увеличением x, что связано с различием ионных радиусов Nd и Tb. Из кривых температурной зависимости электросопротивления для соединений Nd1-xTbxCo2 были получены температуры Кюри TC для каждого сплава.
Результаты анализа нейтронограмм показывают, что охлаждение образцов до 4.2 К сопровождается переходом к ромбоэдрической структуре (пространственная группа R-3m) для составов с х ³ 0.5. Для составов с х £ 0.5 охлаждение до 4.2 К сопровождается переходом к орторомбической структуре (пространственная группа Fddd). На всех нейтронограммах при 4.2 К наблюдаются вклады в рефлексы от магнитного рассеяния. С изменением состава сплавов наиболее заметно изменяется интенсивность рефлекса (111). Параметры кристаллической и магнитной элементарных ячеек совпадают. Магнитная структура соединений Nd1-xTbxCo2 описывается волновым вектором k = 0. Были получены значения намагниченностей редкоземельной mR и кобальтовой mCo подрешеток, приведенные на рис.1 a, b.
Как видно из рис.1, с ростом x величина намагниченности mR вначале уменьшается от ~2.9 mБ практически до нуля при x » 0.22, а затем увеличивается по модулю до ~8.2 mБ при x » 1.0. Такое поведение mR (x) становится понятным, если принять во внимание, что магнитный момент иона Tb примерно в три раза больше, чем момент иона Nd, и то, что в соответствии с моделью антиферромагнитного упорядоче-ния моментов ионов R¢ и R² в кубических интерметаллидах типа R¢1-xR²xM2 [1] следует ожидать антипараллельного упорядочения полных моментов ионов Nd и Tb в интерметаллиде Nd1-xTbxCo2. С ростом концентрации x увеличивается и намагниченность mCo (см. Рис.1b), что согласуется с представлениями о метамагнитной природе зонной подсистемы. Как известно, в случае соединений типа RCo2 поведение зонной метамагнитной подсистемы может быть описано соотношением [1] mCo = (gJ-1) JRIR-Co, где gJ - фактор Ланде, JR - полный момент иона R, IR-Co - параметр R-Co - обменного взаимодействия. В случае соединений Nd1-xTbxCo2 с ростом x величина (gJ-1) JR увеличивается, (так как спин тербия больше спина неодима), а, следовательно, будет увеличиваться и намагниченность подрешетки Co.
Итак, во всем интервале концентраций x магнитная структура соединений Nd1-xTbxCo2 описывается волновым вектором k = 0. Получено, что намагниченности R - и Co - подрешеток параллельны между собой при x £ 0.22 и антипараллельны при x > 0.22. Концентрационная зависимость намагниченности подрешетки Co подтверждает модель метамагнитного поведения зонной подсистемы в соединениях типа RCo2.
Список литературы
1. И.В. Островский Акустолюминесценция и дефекты кристаллов. Киев: Вища шк., 1993, 219 с.
2. С.А. Омельченко, А.А. Горбань, М.Ф. Буланый, А.А. Тимофеев ЭПР-исследования изменений зарядового состояния Cr по сечению дислокационных трубок в кристаллах ZnS // ФТТ, том 48, вып.5, с.638-642.
3. М.Ф. Буланый, А.Г. Сорокин, А.К. Флоров, А.Н. Хачапуридзе Автоматизированная система измерения спектров люминесценции полупроводников // Тез. докл. IX Науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления” - Датчик-97. Гурзуф. 1997. с.351 - 353.
Страницы: 1, 2
