Большая Советская Энциклопедия (НЕ)

  Магнитная нейтронография. Атомы некоторых элементов (переходных металлов, редкоземельных элементов и актинидов) обладают ненулевым спиновым и (или) орбитальным магнитным моментом. Ниже определённой критической температуры магнитные моменты этих атомов в чистых металлах или в соединениях устанавливаются упорядоченно — возникает упорядоченная атомная магнитная структура (рис. 5 ). Это существенным образом влияет на свойства магнетика. Магнитная Н. — практически единственный метод обнаружения и исследования магнитной структуры металлов. Наличие магнитного упорядочения обнаруживается обычно по появлению на нейтронограммах на фоне ядерного рассеяния дополнительных максимумов когерентного магнитного рассеяния, интенсивность которых зависит от температуры. По положению этих максимумов и их интенсивности можно определить тип магнитной структуры кристалла и величину магнитного момента атомов. В экспериментах с монокристаллами можно, кроме того, установить абсолютное направление магнитных моментов в кристалле и построить распределение спиновой плотности (т. е. плотности той части электронов, спин которых не скомпенсирован в пределах одного атома) в элементарной ячейке кристалла. На рис. 6, а представлена спиновая плотность 3d-электронов в элементарной ячейке железа. Небольшая асферичность в распределении спиновой плотности становится ярко выраженной, если из общей картины вычесть сферически-симметричную часть (рис. 6, б ). Форма максимумов спиновой плотности позволяет сделать определённые выводы о строении электронной оболочки атома железа в кристалле. В частности, вытянутость максимумов вдоль осей куба показывает, что из двух возможных d-подуровней атома железа e_g и t_2g (возникающих в результате снятия вырождения в поле кристалла) в данном случае преимущественно заполнен e_g -подуровень. На рис. 6, в дано полученное в специальных нейтронных измерениях распределение намагниченности в элементарной ячейке железа, вызванной частичной поляризацией 4s-электронов (как показали нейтронографические измерения, 4s-электроны дают некоторый вклад в магнитные свойства железа наряду с 3d-электронами). Неупругое когерентное магнитное рассеяние нейтронов даёт возможность исследовать динамическое состояние магнитоупорядоченных кристаллов, т. е. элементарные возбуждения в таких кристаллах (спиновые волны , или магноны).

  Метод Н. позволяет решать широкий круг вопросов, относящихся к различным проблемам структуры вещества, например, проводить исследование строения биополимеров, аморфных тел, микроструктуры специальных сплавов, изучать фазовые переходы и др.

  Лит.: Бэкон Дж., Диффракция нейтронов, пер. с англ., М., 1957; Изюмов Ю. А., Озеров Р. П., Магнитная нейтронография, М., 1966; Гуревич И. И., Гарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергии, М., 1965; Рассеяние тепловых нейтронов, под ред. П. Игельстаффа, пер. с англ., М., 1970; Marshall W., Lovesey S., The theory of thermal neutron scattering. The use of neutrons for the investigation of condensed matter, Oxf., 1971.

  Р. П. Озеров.

Рис. 4. Зависимость частоты n = w /2p фононных колебаний от волнового числа q (фононные дисперсионные кривые) для двух направлений — [111] (слева) и [100] (справа) — в кристалле германия. Приведены ветви продольных (L) и поперечных (Т) оптических (О) и акустических (А) колебаний.

Рис. 5. Магнитная структура антиферромагнетика MnO. Заштрихованные кружки — ионы марганца, чёрные — ионы кислорода; стрелки указывают направления магнитных моментов.

Рис. 6. Распределение спиновой плотности в элементарной ячейке железа: а — спиновая плотность 3d -электронов (полученная синтезом Фурье); атом железа находится в левом верхнем углу; цифры на кривых обозначают плотность магнитного момента в магнетонах Бора на ų (а — период элементарной ячейки железа); б — то же, что на а, за вычетом сферически-симметричной части спиновой плотности; в — распределение намагниченности (в кгс ) в объёме элементарной ячейки железа, возникающей в результате поляризации 4s -электронов.

Рис. 3. Распределение части электронной плотности в молекуле циануровой кислоты, построенное разностным методом по данным совместного рентгено- и нейтроноструктурного анализов (разностный Фурье-синтез). Максимумы, находящиеся в центре связей С — О, С — N и N — H, соответствуют электронной плотности, ответственной за ковалентную связь. (Приведена половина симметричной картины.)

Рис. 1а — схема нейтронографической установки для исследования поликристаллических образцов: 1 — система коллимации, формирующая нейтронный пучок; 2 — блок монохроматизации для выделения нейтронов с определённой фиксированной энергией (длиной волны) из сплошного спектра нейтронов ядерного реактора; 3 — нейтронный спектрометр с детектором нейтронов 4 для измерения интенсивности нейтронного излучения под различными углами рассеяния J. Исследуемый образец помещается в центре спектрометра.