к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Неупругое рассеяние нейтронов

Неупругое рассеяние нейтронов - метод исследования атомной динамики вещества (преим. в твёрдых телах и жидкостях). Изменение энергии нейтрона15000-72.jpg при неупругом рассеянии и зависимость15000-73.jpgот переданного импульса несёт информацию о спектре возбуждений вещества. Н. р. н. на ядрах (см. Нейтронография)применяется для изучения элементарных возбуждений (квазичастиц), связанных с трансляц., колебат. и вращат. степенями свободы атомов и молекул. Магн. Н. р. н. позволяет исследовать возбуждения, возникающие при изменении спиновых и (или) орбитальных состояний электронов. Когерентная составляющая Н. р. н. даёт информацию о коллективных возбуждениях частиц (фопонах, магнонах и т. д.), а некогерентная - о возбуждениях индивидуальных частиц (спектральной плотности их колебаний, диффузии и т. д.).

Теоретическое описание. Рассеяние нейтронов в веществе принято описывать сечением рассеяния о, отнесённым к элементу телесного угла15000-74.jpgи интервалу рассеянных энергий нейтронов15000-75.jpg. Рассеяние нейтронов представляется в виде суммы когерентной и некогерентной составляющих, первая из к-рых имеет интерференц. природу, а вторая определяется суммой сечений рассеяний от отд. частиц.
Дифференц. сечение когерентного рассеяния на одну частицу для системы из частиц одного сорта может быть представлено в виде

15000-76.jpg

где р0 и р - импульсы падающего и рассеянного нейтронов с энергиями15000-77.jpg и15000-78.jpg (т - масса нейтрона);15000-79.jpg и15000-80.jpg - изменение энергии и импульса нейтрона при рассеянии; bк - когерентная амплитуда рассеяния (значения bк табулированы). Когерентная функция рассеяния15000-81.jpgопределяется только свойствами системы:

15000-82.jpg

Здесь G(r,t) - парная корреляционная функция, описывающая пространственно-временную корреляцию в расположении частиц системы:

15000-83.jpg

где15000-84.jpg - плотность частиц в точке r пространства в момент времени t, а среднее15000-85.jpgвычисляется по равновесному состоянию системы частиц. Усреднённое по времени значение парной корреляц. функции

15000-86.jpg

определяет в (2) упругое рассеяние, происходящее без изменения энергии нейтронов, ,15000-87.jpg Неупругое рассеяние в (2) определяется разностью G'(r,t) =15000-88.jpg зависящей лишь от флуктуации плотности частиц,15000-89.jpg Т. о., когерентное Н. р. н. определяется динамикой флуктуации плотности частиц вещества и поэтому связано с коллективными возбуждениями системы.

Дифференц. сечение некогерентного рассеяния описывается ф-лой

15000-90.jpg

где15000-91.jpg - сечение некогерентного рассеяния для частиц данного сорта (15000-92.jpgтабулированы). Автокорреляц. функция

15000-93.jpg

где Ri(t) - координата i-и частицы в момент времени t. функция Gs(r,t)описывает временную корреляцию в положении одной и той же частицы и поэтому несёт информацию о динамике (колебаниях, диффузии и т. д.) отд. частиц.

Н. р. н. в кристаллах. Наиб. успешно метод Н. р. н. используется при исследовании колебаний кристаллической решётки. Он позволяет определить фононные дисперсионные кривые и плотность фононных состояний. Кристаллы обладают трансляц. симметрией, и поэтому малые колебания атомов в них характеризуются определёнными значениями волнового вектора q, характеризующего пространств. когерентность смещений атомов решётки. В результате этого зависимость сечения когерентного (однофононного) рассеяния нейтронов от их энергии содержит резко выраженные пики, положение к-рых определяется законами сохранения энергии15000-94.jpg и импульса15000-95.jpg где15000-96.jpg - частота колебаний ветви15000-97.jpg с волновым вектором q, приведённым к первой зоне Бриллюэна с помощью выбора вектора обратной решётки Н.
Для моноатомной решётки функция однофононного когерентного рассеяния

15000-98.jpg

Здесь15000-99.jpg т. н. структурная амплитуда15000-100.jpgопределяет зависимость интенсивности рассеяния от величины передаваемого импульса Q и его ориентации относительно вектора поляризации15000-101.jpgисследуемого фонона (М - массы атомов, W(Q) - тепловой Дебая - Уоллера фактор). Спектральная интенсивность когерентного Н. р. н. определяется вторым сомножителем в (6), где15000-102.jpg - затухание (величина, обратная времени жизни) фонопа. Для слабозатухающих фононов15000-103.jpg интенсивность рассеяния имеет два острых максимума при15000-104.jpg с полушириной пиков15000-105.jpg Температурная зависимость Н. р. н. с возбуждением фонопа в кристалле15000-106.jpg или поглощением его15000-107.jpg15000-108.jpgопределяется множителями15000-109.jpg или15000-110.jpg
В экспериментах обычно измеряется зависимость сечения рассеяния от15000-111.jpgпри разл. значениях вектора Q. По положению её максимумов и по их ширине с помощью обратного преобразования Фурье находится зависимость частоты фононов15000-112.jpg и их затухания15000-113.jpgот волнового вектора q для каждой ветви15000-114.jpgколебаний (рис. 1).
15000-115.jpg
Н. р. н. даёт информацию о структурных фазовых переходах 2-го рода в кристаллах, в т. ч. сегнетоэлектрических. В частности, удаётся исследовать поведение т. н. критической "мягкой" моды колебаний, частота к-рой15000-116.jpg при Т -> ТС С - темп-pa фазового перехода), а вектор поляризации описывает статистич. волну смещений атомов с волновым вектором qc, "замерзающую" при Т < Тс. Сечение рассеяния в этом случае обычно имеет один квазиуиругпй пик при15000-117.jpgи q = qc, полная интенсивность к-рого растёт как15000-118.jpg15000-119.jpg а ширина15000-120.jpg уменьшается как15000-121.jpg где15000-122.jpg наз. крптич. индексом (см. Критические явления ).Н. р. н. при Т - > Тс отражает появление в кристалле упорядоченных областей новой фазы, время жизни к-рых15000-123.jpg и размеры неограниченно возрастают при Т - > Тс.
Некогерентное Н. р. н. происходит на отд. атомах независимо и поэтому волновой вектор Q не фиксируется. В результате этого сечение некогерентиого рассеяния определяется лишь законом сохранения энергии15000-124.jpg15000-125.jpg Поэтому оно имеет вид плавной функцин частоты15000-126.jpg характеризующей плотность фононных состояний15000-127.jpg
Для моноатомной решётки сечение некогерентного Н. р. н. может быть представлено в виде:
15000-128.jpg

где
15000-129.jpg

Для кубич. решётки15000-130.jpg и функция15000-131.jpg15000-132.jpg определяют плотность фононных состояний.
Некогерентное Н. р. н. часто используется для исследования динамики решётки водородсодержащнх кристаллов, т. к. в этом случае осн. вклад в сечение рассеяния дают протоны (15000-133.jpg велико, М протона мала). Напр., в зависимости плотности фононных состояний ср от энергии фоионов15000-134.jpg для поликристаллич. CsHS04 пики а, б, в обусловлены рассеянием на протонах (рис. 2). При Т = 414 К этот кристалл испытывает структурный фазовый переход в состояние с высокой ионной проводимостью (см. Ионные суперпроводники), к-рый сопровождается разупорядочением протонов в решётке. Рис. 2 показывает, что это приводит к изменению спектра фононных частот.
15000-135.jpg

Рис. 2. Взвешенная плотность фононных состояний ф в зависимости от энергии фононов при различных температурах.

С помощью некогерентного рассеяния изучаются также молекулярные вращения, диффузия протонов в металлах и т. д. Применение т. н. метода изотопич. контраста, состоящего в замене протона на дейтрон, позволяет исследовать динамику отд. частей сложных молекул и получать информацию о характере хим. связи в молекулах.

И. р. н. в жидкостях. В отличие от фононов в кристаллах, коллективные возбуждения в жидкости (флуктуации плотности) ввиду отсутствия дальнего порядка и диффузии частиц быстро затухают (см. Дальний и ближний порядок ).Поэтому15000-136.jpg в жидкости не имеет ярко выраженных пиков при15000-137.jpg Обычно проводят теоретич. расчёт функции15000-138.jpg для определённой модели коллективных возбуждений и, сопоставляя её с экспериментально измеренной, находят параметры модели.
Наиб. изучены коллективные возбуждения в моноатомных жидкостях, как квантовых (4Не, 3Не), так и классических (Ne, Ar, Rb, Na). Напр., в сверхтекучем 4Не благодаря наличию дальнего порядка удалось наблюдать коллективные возбуждения в области импульсов15000-139.jpg (рис. 3; см. Сверхтекучесть).
Некогерентное Н. р. н. в жидкости позволяет изучать характер диффузии частиц и их колебат. спектр.
Для анализа диффузии частиц в классич. жидкостях обычно используется гауссовское приближение для автокорреляц. функции Gs(r, t):

15000-140.jpg

В этом приближении динамика частицы полностью описывается т. п. ширинной функцией T(t), имеющей смысл среднего квадратичного смещения частицы за время t:

15000-143.jpg

15000-141.jpg

Рис. 3. Зависимость энергии коллективных возбуждений15000-142.jpg от волнового вектора Q в сверхтекучем гелии при Т = 1 ,1К.

Исследования с помощью Н. р. н. показывают сложный характер зависимости Г(t). В течение малых времён частицы движутся как в идеальном газе:15000-144.jpgt2kT/M, а на протяжении больших времён выполняется классич. закон диффузии:15000-145.jpg где D - коэф. диффузии.
Некогерентное Н. р. н. используется также для изучения колебат. и вращат. спектров молекул в жидкостях и плотных газах (напр., в Н20).
Магнитное неупругое рассеяние. Магн. рассеяние нейтронов обусловлено взаимодействием магн. момента нейтрона с магн. моментами электронных оболочек атомов, молекул, электронов проводимости в металлах и т. д. (см. Магнитная нейтронография] .Неупругое магн. рассеяние связано с рассеянием нейтронов на флуктуациях спиновой плотности, т. е. с коллективными возбуждениями спиновой системы. Это - спиновые волны ,(магноны) в магнитоупорядоченных средах, флуктуации намагниченности вблизи магн. фазовых переходов, возбуждения индивидуальных спинов (парамагн. рассеяние) или полных моментов f-электронов при переходах между уровнями, обусловленными взаимодействием с внутрикристаллич. электрич. полем.

15000-146.jpg

Рис. 4. Фононные и магнонная дисперсионные кривые в антнферромагнетике FeF2 при Т = 4,2 К; ТА - поперечный, LA - продольные акустические фононы, М - магноны.

Наиб. полно изучены одномагнонное рассеяние при низких темп-pax в ферро- и антиферромагиетиках и рассеяние вблизи магн. фазовых переходов. Одномагнонное рассеяние, как и однофононное, позволяет определить частоту15000-147.jpg и затухание Г(q) магнона, величины магн. моментов магн. подрешёток. Рассеяние при температуре Т - > Тс (критич. темп-pa) даёт возможность исследовать поведение критич. моды флуктуации спиновой плотности, "замораживание" к-рой определяет тип магн. дальнего порядка при Т < Тс (см. Спиновой плотности волны).
Взаимодействие спинов с фопонами может привести к появлению смешанных магнон-фононных возбуждений и интерференции ядерного и магн. рассеяния. Исследование Н. р. п. в области гибридизации магнопа и фонола позволяет по величине расщепления оценить параметры спин-решёточного взаимодействия (рис. 4).

Литература по неупругому рассеянию нейтронов

  1. Гуревич И. И., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергий, М., 1965;
  2. Woods A. D. В., Соw1еу R. A., Structure and excitation of liquid helium, "Repts Progr. Phys.", 1973, v. 36, p. 1135;
  3. Динамические свойства твердых тел и жидкостей. Исследование методом рассеяния нейтронов, пер. с англ., М., 1980;
  4. Изюмов Ю. А., Черноплеков П. А., Нейтронная спектроскопия, М., 1983;
  5. Аксенов В. Л., Планида Н. М., Стаменкович С., Рассеяние нейтронов сегнетоилектриками, М., 1984;
  6. Уиндзор К., Рассеяние нейтронов от импульсных источников, пер. с англ., М., 1985.

Н. М. Плакида

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена.
Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution