Способ измерения динамических смещений атомов кристаллических твердых телах

Патент 543857

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОГ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 543857 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.07.75 (21) 2158788/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.01.77.,Бюллетень № 3 (45) Дата опубликования описания23.05.77 (51) М. Кл Ст 01 Й 23/00

Ст 01 Т 3/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.387. ,426 (088,8) (72) Авторы изобретения

Н. Н. Сирота и И. А. Булат (71) Заявитель

Институт физики твердого тела и полупроводников

АН Белорусской ССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СМЕЩЕНИЙ

АТОМОВ В КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Изобретение относится к физике твердого тела, преимущественно к динамике кристаллической решетки, и может быть использсьвано при экспериментальном определении динамических смешений атомов твердых тел из положений равновесия.

В современных исследованиях по физике твердого тела при измерении среднеквадратичных динамических смещений атомов используются два экспериментальных способа: 10

Брегговское рассеяние рентгеновских лучей и упругое когерентное рассеяние медленных нейтронов (1), (21 .

Известные способы определения среднеквадратичных динамических смещений ато- I5 мов являются непрямыми и не позволяют определить зависимость величины смещения от частоты колебаний.

Известен также способ определения среднеквадратичных динамических смещений ато- 20 мов, основанный на измерении спектра когерентно рассеянных медленных нейтронов твердым телом, т. е. от кристаллических плоскостей решетки(31. При этрй определяются интегральные интенсивноо т, рефлексов от не- 25 скольких плоскостей и после введения различных экспериментальных поправок рассчитываются смещения атомов, усредненные по фоновому спектру в модели Дебая.

Однако этот способ измерения смешений атомов имеет ряд существенных недостатков.

Прежде всего, это непрямой метод, который связан с необходимостью очень точного измерения интегральных интенсивностей рефлексов и введения большого числа поправок, кс торые, в свою очередь, не могут быть определены экспериментально, а требуют громоздких теоретических расчетов с помощью моделей. Такими поправками являются, например, экстинкпия, тепловое диффузное рассеяние и другие. После введения всех поправок в экспериментально измеренные интенсивности рефлексов для вычисления смещений атомов необходимо использование Дебаевской модели фонового спектра, и полученные смещения являются усредненными по всем частотам такого спектра.

Белью изобретения является непосредст венное измерение величины динамических смещений атомов из положений равновесия при

543857 -«tй

С089+2К 2Î

Способ измерения динамических смещений атомов в кристаллических твердых телах, основанный на измерении спектра когерентно рассеянных медленных нейтронов твердым телом, отличающийся тем,что, с целью прямого определения величины динамических смещений атомов и их частотной и температурной зависимости, нейтроны, неупруго когерентно рассеянные твердым телом, регистрируют спектрометром по времени rrpoразличных температурах и отдельно для различных частот колебаний атомов.

Это достигается тем, что в известном способе измерения динамических смещений атомов в кристаллических твердых телах, 5 включающем измерение спектра когерентно рассеянных медленных нейтронов твердым телом, согласно изобретению, нейтроны, неупруго когерентно рассеянные твердым телом, регистрируют спектрометром по вре- 10 мени пролета .при различных температурах, углах рассеяния и энергиях падающих Hefi ронов, а по ширине когерентныхпиковопределяют величину динамических смещений атомов по формуле: 15 где Ц вЂ” динамическое смещение атома из положения равновесия, см;

/=i-q> q -разрешение спектрометра по энергии (выраженное в долях единицы);

25 - постоянная Планка, эрг/ сек.;

ltl -масса нейтрона, г;

6.,и -положение крыльев когерентного пика на шкале энергии, эрг

-модуль волнового вектора падающих ЗО о нейтронов, см в-угол,под которым измеряется спектр рассеянных нейтронов, град.

Сущность изобретения заключается в том, что ширина когерентных пиков на спектрах 35 энергии при неупругом когерентном рассеянии медленных нейтронов непосредственно определяется величиной динамических сме.щений атомов твердого тела.

При изменении температуры изменяется 4О ширина когерентных пиков, что позволяет определять температурную зависимость величины смещений атомов. При изменении энергии падающих нейтронов и угла рассеяния когерентные пики на спектрах смещаются 45 по энергетической шкале, что позволяет и:- . мерить частотную зависимость динамических

\ смещений атомов кристаллического твердого тела.

Принципиальным отличием предложенного 50 способа измерения динамических смешений атомов кристаллических твердых тел от известного является использование неупругого рассеяния, что дает возможность прямого определения величины динамических смещений 55 атомов и их частотной и температурной зависимости, Энергетические спектры рассеянных нейтронов измеряются с помощью спектрометров по времени пролета. В полученных спектрах 60 наблюдаются пики, которые обусловлены коге.: рентными эффектами рассеяния

По энергетической ширине таких пиков можно определять величину динамических смещений атомов в твердых телах, если использовать приведенную выше фо"".лу.

Йля проверки способа измерения динамических смещений атомов кристаллических твердых тел был измерен энергетический спектр медленных нейтронов,неупруго когерентно рассеянных на поликристаллическом о(, -железе при комнатной температуре.

Измерения выполнены на спектрометре по времени пролета.

На полученном в эксперименте энергетическом спектре в области передач энергии

6,45-13,2 мэВ наблюдается когерентный пик.

Используя формулу определения динамических смещений и значения Я =6,45, 1

Я = 13 2 мэВ была определена величина динамических смещений атомов железа при температуре 300 К. Она оказалась о равной О,168 А. Измерения для железа при комнатной температуре известными ранее способами дают величину корня квадратного из среднеквадратичных динамических

О смещений атомов, равную 0,115 А.

Отличие в значении данных величин вызвано тем, что динамические смещения атомов, определяемые описываемым способом, есть максимально динамические смешения атомов при данной температуре и частоте колебаний в интервале 4 =1,56 вЂ” 3,197 ° 10 сек

Таким образом измерения ширины и поло7 жения когерентных пиков на спектрах неупруго когерентно рассеянных медленных нейтронов кристаллическими твердыми телами могут использоваться для получения информации о динамических смещениях атомов из положения равновесия и их частотной и температурной зависимости. Предложенный способ определения значений динамических смещений в ряде случаев может дополнить существующие способы.

Формула изобретения

543857 ну смещений атомов по формуле:

2 ЕКO ha ФКО СО88 ЯКо/

Составитель А. Шадрин

Редактор Е. Скляревская Техред А. Богдан Корректор Н. Ковалева

Заказ 811/61 Тираж 1052 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 лета при различных температурах, углах рассеяния и энергиях падающих нейтронов, а по ширине когерентных пиков определяют величигде Ц -динамическое смешение атома из положения равновесия, см;

g=g-y, -разрешение спектрометра по энергии (выраженное в долях единицы);

fl - п о с т о я н н а я П ла н к а, эрг/ сек.;

ltl вЂ” масса нейтронов, г; ц .- положение крыльев когерентного пи2 ка на шкале энергии, эрг;

Ко вЂ” модуль волнового вектора падающих нейтронов, см ;

8- угол, под которым измеряется спектр рассеянных нейтронов, град.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 ° Рентгенография в физическом исследовании. Под редакцией Ю. А. Богарецкого, М., 1961, с. 25.

2. Дж. Бекон Дифракция нейтронов, М., Ил. 1957, с. 63.

3. Р. Джеймс Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей, М., 1950,с.42 (прототип) .