МАГНИ́ТНАЯ НЕЙТРОНОГРА́ФИЯ

МАГНИ́ТНАЯ НЕЙТРОНОГРА́ФИЯ, ме­тод изу­че­ния маг­нит­ной струк­ту­ры и маг­нит­ной ди­на­ми­ки ато­мов в кри­стал­ли­че­ских и аморф­ных ма­те­риа­лах, ос­но­ван­ный на рас­сея­нии эти­ми ма­те­риа­ла­ми ней­тро­нов низ­ких энер­гий (ме­нее 0,05 эВ). Пио­нер­ские ра­бо­ты по М. н. вы­пол­не­ны в кон. 1940-х гг. К. Шал­лом и Э. Уол­ла­ном в Ок­ридж­ской нац. ла­бо­ра­то­рии (США) на од­ном из пер­вых ядер­ных ре­ак­то­ров.

Маг­нит­ное рас­сея­ние ней­тро­нов обус­лов­ле­но ди­поль­ным элек­тро­маг­нит­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем маг­нит­ных мо­мен­тов ней­тро­на и элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма. Ам­пли­ту­да рас­сея­ния за­ви­сит от ве­ли­чи­ны и вза­им­ной ори­ен­та­ции маг­нит­ных мо­мен­тов, а так­же (в от­ли­чие от ядер­но­го рас­сея­ния, про­ис­хо­дя­ще­го за счёт взаи­мо­дей­ст­вия ней­тро­нов с ядром) от век­то­ра рас­сея­ния (раз­но­сти вол­но­вых век­то­ров па­даю­ще­го и рас­се­ян­но­го по­то­ков ней­тро­нов). Маг­нит­ное рас­сея­ние ней­тро­нов клас­си­фи­ци­ру­ют по об­ме­ну энер­ги­ей ней­тро­на с ве­ще­ст­вом (уп­ру­гое или не­уп­ру­гое рас­сея­ние) и по сте­пе­ни ко­ге­рент­но­сти волн, рас­се­ян­ных на отд. ато­мах (ко­ге­рент­ное или не­ко­ге­рент­ное рас­сея­ние).

Уп­ру­гое ко­ге­рент­ное маг­нит­ное рас­сея­ние на кри­стал­лах (маг­нит­ная ди­фрак­ция) яв­ля­ет­ся един­ст­вен­ным пря­мым ме­то­дом ис­сле­до­ва­ния их маг­нит­ной струк­ту­ры. Оно по­зво­ля­ет ус­та­но­вить на­ли­чие и тип струк­ту­ры (т. е. упо­ря­до­чен­ность ори­ен­та­ции маг­нит­ных мо­мен­тов ато­мов от­но­си­тель­но друг дру­га и кри­стал­ло­гра­фич. осей), ве­ли­чи­ну маг­нит­ных мо­мен­тов ато­мов, темп-ру и ха­рак­тер маг­нит­ных пе­ре­хо­дов. При рас­сея­нии ней­тро­нов на кри­стал­лах с даль­ним маг­нит­ным по­ряд­ком уп­ру­гое ко­ге­рент­ное маг­нит­ное взаи­мо­дей­ст­вие при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию в ди­фрак­ци­он­ном спек­тре уз­ких пи­ков, удов­ле­тво­ряю­щих Брэг­га – Вуль­фа ус­ло­вию. Ес­ли пе­рио­дич­ность маг­нит­ной струк­ту­ры не сов­па­да­ет с ядер­ной (как, напр., в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках), то на­блю­да­ют­ся дополнит. пи­ки, обу­слов­лен­ные чис­то маг­нит­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем.

Не­уп­ру­гое ко­ге­рент­ное рас­сея­ние ней­тро­нов при­ме­ня­ет­ся для изу­че­ния спи­но­вых волн (маг­но­нов) – ко­ге­рент­ных из­ме­не­ний ори­ен­та­ции маг­нит­ных мо­мен­тов ато­мов. Не­ко­ге­рент­ное (уп­ру­гое или не­уп­ру­гое) маг­нит­ное рас­сея­ние ней­тро­нов по­зво­ля­ет ис­сле­до­вать маг­нит­ные свой­ст­ва отд. ато­мов, на­хо­дя­щих­ся в па­ра­маг­нит­ном со­стоя­нии. В слу­чае уп­ру­го­го рас­сея­ния из­ме­ря­ет­ся маг­нит­ный форм­фак­тор (ана­лог атом­но­го форм­фак­то­ра рент­ге­нов­ских лу­чей), фу­рье-пре­об­ра­зо­ва­ние ко­то­ро­го да­ёт ин­фор­ма­цию о про­стран­ст­вен­ном рас­пре­де­ле­нии маг­нит­но-ак­тив­ных элек­тро­нов ато­ма. Не­уп­ру­гое не­ко­ге­рент­ное рас­сея­ние по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить энер­ге­тич. струк­ту­ру элек­трон­ных уров­ней ио­нов (в осн. ред­ко­зе­мель­ных) в ме­тал­лах и ин­тер­ме­тал­лич. со­еди­не­ни­ях.

К М. н. от­но­сят так­же маг­нит­ную реф­лек­то­мет­рию (от­ра­же­ние ней­тро­нов под ма­лы­ми уг­ла­ми) и маг­нит­ное ма­ло­уг­ло­вое рас­сея­ние ней­тро­нов. Реф­лек­то­мет­рия по­ля­ри­зо­ван­ных ней­тро­нов – осн. ме­тод ана­ли­за рас­пре­де­ле­ния на­маг­ни­чен­но­сти в по­верх­но­ст­ных сло­ях, тон­ких плён­ках и мно­го­слой­ных струк­ту­рах. Ана­лиз ин­тен­сив­но­сти рас­сея­ния ней­тро­нов, от­ра­жён­ных зер­каль­но, по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить рас­пре­де­ле­ние на­маг­ни­чен­но­сти в на­прав­ле­нии, пер­пен­ди­ку­ляр­ном по­верх­но­сти слоя. Рас­сея­ние под ма­лы­ми уг­ла­ми к по­верх­но­сти в не­зер­каль­ных на­прав­ле­ни­ях (диф­фуз­ное рас­сея­ние) да­ёт ин­фор­ма­цию о на­ру­ше­ни­ях даль­не­го маг­нит­но­го по­ряд­ка в сло­ях. Ма­ло­уг­ло­вое рас­сея­ние ис­поль­зу­ет­ся для изу­че­ния круп­но­мас­штаб­ных маг­нит­ных не­од­но­род­но­стей (напр., в маг­нит­ных жид­ко­стях). С его по­мо­щью уда­ёт­ся по­лу­чить ин­фор­ма­цию о рас­пре­де­ле­нии час­тиц по раз­ме­рам и не­ко­то­рых де­та­лях их внутр. струк­ту­ры и фор­мы.

Как пра­ви­ло, экс­пе­ри­мен­ты по М. н. про­во­дят­ся на стан­дарт­ных ней­трон­ных спек­тро­мет­рах, рас­по­ло­жен­ных на ста­цио­нар­ных или им­пульс­ных ис­сле­до­ва­тель­ских ис­точ­ни­ках ней­тро­нов. Кон­ст­рук­тив­ной осо­бен­но­стью спе­циа­ли­зир. спек­тро­мет­ров для М. н. яв­ля­ет­ся воз­мож­ность ис­поль­зо­ва­ния пуч­ка по­ля­ри­зо­ван­ных ней­тро­нов. В этом слу­чае воз­ни­ка­ет до­пол­нит. воз­мож­ность от­де­ле­ния эф­фек­тов маг­нит­но­го рас­сея­ния от ядер­но­го рас­сея­ния с по­мо­щью ана­ли­за по­ля­ри­за­ции рас­се­ян­ных ней­тро­нов.