Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Метод РПН+ требует проведения дополнительных измерений, при которых важную роль играют аспекты отражения поляризованных нейтронов, которые можно было не учитывать при стандартных измерениях (РПН). Было показано, что определение плотности потока нейтронов с заданным направлением спина и соответствующих коэффициентов отражения требует учета некоммутативности оператора тока вероятности и оператора проекции спина на ось, неколлинеарную магнитному полю. В приближении слабого внешнего поля обоснована возможность извлечения разностей фаз при измерении модулей элементов матриц отражения в двух представлениях и предложены методы, обеспечивающие эти измерения. Один из наборов модулей можно получить из стандартных измерений, а второй – манипулируя с полем, образцом или спинами нейтронов. Получена система уравнений, которая позволяет найти все разности фаз из этих модулей. Доказана инвариантность суммы квадратов модулей элементов матрицы отражения в разных представлениях. Рассмотрены альтернативные методы, в которых используется перекрестная интерференция и 3D-поляриметрия. В первом из альтернативных методов используется перекрестная интерференция в двух режимах. Разности фаз проявляются благодаря перекрестной интерференции волн, отраженных в одно и то же спиновое состояние без и с переворотом спина относительно осей, которые отличаются для двух режимов. Комбинируя полученные данные, найдем все разности фаз. Были рассмотрены схемы, при которых в одном режиме используется штатный поляризатор и флиппер до образца, во втором режиме – штатный флиппер после образца и штатный анализатор. Другой альтернативный метод использует 3D-поляриметрию. В случае магнитно компланарных слоистых структур для нахождения разностей фаз не требуются модули элементов матрицы отражения. При отражении нейтронов со спином вверх и вниз азимутальные углы вектора поляризации отраженного пучка равны искомым разностям фаз элементов матрицы отражения. В общем случае для нахождения третьей разности фаз 3D-поляриметрия комбинируется с измерениями по стандартной схеме. Пучок нейтронов с фронтом прецессии, параллельным поверхности образца, предложено готовить из неполяризованного пучка с помощью зеркального селектора спина, из поляризованного пучка – с помощью зеркального вращателя спина. Была проведена оценка влияния зависимости прецессионного угла от длины волны и траектории. С ростом ведущего поля выше 0.5 мТл эта зависимость приводит к заметному уменьшению и даже обнулению прецессирующей компоненты вектора поляризации пучка. Аппаратную деполяризацию можно уменьшить, уменьшив расходимость пучка и улучшив монохроматичность пучка, однако при этом интенсивность нейтронного пучка падает на порядки величины. Поэтому была предложена спин-эхо-фокусировка при помощи зеркального флиппера. Подобное решение в значительной степени снимает проблему аппаратной деполяризации, хотя возникает дополнительное требование сохранения реманентности покрытия во внешнем поле. Покрытие, использованное в первом зеркальном флиппере, оставалось намагниченным в полях противоположного знака до 20 мТл. Для демонстрации новых возможностей рефлектометрии поляризованных нейтронов с разностной фазометрией (РПН+) была использована модельная структура в виде трехслойной наносистемы с двумя магнитными и промежуточным немагнитным слоями. Коэффициенты отражения, абсолютные фазы и разности фаз элементов матрицы отражения рассчитывались в зависимости от переданного импульса для модельной структуры с неколлинеарными (компланарными) и коллинеарными намагниченностями магнитных слоев. Выбор осей квантования Z и оси X в первом случае обеспечивал равенство коэффициентов отражения с переворотом спина и абсолютных фаз недиагональных элементов матрицы отражения, во втором – отсутствие отражения с переворотом спина. Показано, что экспериментальные данные, полученные по стандартной схеме и по схемам разностной фазометрии, могут иметь разную чувствительность к ядерной контрастности (структурным параметрам) и магнитной контрастности (магнитным параметрам). Их совместная подгонка обеспечит получение более точных и надежных структурных и магнитных параметров слоев. Таким образом была продемонстрирована комплементарность данных, получаемых по стандартной схеме (РПН) и по схемам разностной фазометрии (РПН+). Была продолжена деятельность по моделированию и созданию узлов рефлектометра SONATA. Для реализации схемы РПН с разностной фазометрией и трехмерным анализом поляризации отраженного пучка (РПН+) требуется разработка и изготовление легкосменной платформы 3D-поляриметрии с тремя держателями, обеспечивающими установку устройств спин-манипуляционной оптики и образца, а также их вращение вокруг нормалей к рабочим поверхностям. Пучковый комбинатор, который был предложен для перехода от основного времяпролетного режима к съемкам с монохроматическим пучком, в основном изготовлен. Он состоит из трансмиссионного фильтра и двух модулей в виде сборок из зеркальных монохроматоров и суперезеркал, неполяризующих и поляризующих, помещенных в магнитную систему на основе постоянных магнитов.