Восстановление комплексного коэффициента отражения по алгоритму опорного слоя для многослойных систем с неколлинеарным магнитным упорядочением

Юрий Александрович Саламатов; Екатерина Сергеевна Никова; Денис Игоревич Девятериков; Евгений Алексеевич Кравцов

doi:10.21638/11701/spbu10.2022.412

Юрий Александрович Саламатов Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 620137, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18 https://orcid.org/0000-0002-3857-2392
Екатерина Сергеевна Никова Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 620137, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18 https://orcid.org/0000-0002-4142-3072
Денис Игоревич Девятериков Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 620137, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18
Евгений Алексеевич Кравцов Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 620137, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18

DOI: https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.412

Аннотация

В работе анализируются два математических алгоритма обработки экспериментальных кривых в рефлектометрии поляризованных нейтронов, один из которых позволяет определить комплексный коэффициент отражения нейтронов от многослойных магнитных наноструктур. Апробация проведена для сверхрешетки Fe/Cr с нерегулярным неколлинеарным упорядочением магнитных моментов слоев Fe. Обработка эксперимента производилась как прямым уточнением параметров структуры, так и методом восстановления модуля и фазы рефлектометрического сигнала с использованием опорного слоя Gd, результаты сравниваются между собой. Для уточнения структурных и магнитных характеристик в обоих случаях был применен алгоритм Левенберга-Марквардта. Полученные сведения о магнитной структуре соответствуют теоретической модели перемагничивания слоистого искусственного антиферромагнетика конечных размеров в малых полях. Представленная модификация метода опорного слоя может считаться решением фазовой проблемы в рефлектометрии поляризованных нейтронов.

Ключевые слова:

рефлектометрия поляризованных нейтронов, метод фазово-амплитудных функций, метод Рунге-Кутта, комплексный коэффициент отражения, многослойные наногетероструктуры, фазовая проблема, неколлинеарное магнитное упорядочение, опорный слой, алгоритм Левенберга-Марквардта

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Литература

Литература

Baibich M. N., Broto J. M., Fert A., Nguyen Van Dau F., Petroff F., Etienne P., Creuzet G., Friederich A., Chazelas J. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices // Physical Review Letters. 1988. Vol.61. Iss.21. P.2472-2475.

Binasch G., Grunberg P., Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange // Physical Review B. 1989. Vol.39. Iss.7. P.4828-4830.

Куранов Д. Ю., Андреева Т. А., Бедрина М. Е. Расчет потенциала ионизации фталоцианинатов цинка и графена на поверхности диэлектриков // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2022. Т.18. Вып.1. С.52-62. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.104

Ustinov V. V. Spin-flop transition scenario in finite layered antiferromagnets // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. Vol.310. Iss.2. P.2219-2221.

Lauter-Pasyuk V., Lauter H., Toperverg B., Romashev L., Ustinov V. Transverse and lateral structure of the spin-flop phase in Fe/Cr antiferromagnetic superlattices // Physical Review Letters. 2002. Vol.89. Iss.16. P.167203.

Бабиков В. В. Метод фазовых функций в квантовой механике. М.: Наука, 1976. 288c.

Lekner J. Theory of reflection of electromagnetic and particle waves. Dordrecht: Springer Science+Business Media, 1987. 281p.

Zimmerman K. M. Advanced analysis techniques for X-ray reflectivities: theory and application: doctoral dissertation in chemistry. Karlsruhe: University of Dortmund, 2005. 190p.

De Haan V. O., van Well A. A., Sacks P. E., Adenwalla S., Felcher G. P. Toward the solution of the inverse problem in neutron reflectometry // Physica B: Physics of Condensed Matter. 1996. Vol.221. Iss.1-4. P.524-532.

Lynn J. E., Seeger P. A. Resonance effects in neutron scattering lengths of rare-earth nuclides // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1990. Vol.44. Iss.2. P.191-207.

Nikova E. S., Salamatov Yu. A., Kravtsov E. A., Bodnarchuk V. I., Ustinov V. V. Experimental determination of gadolinium scattering characteristics in neutron reflectometry with reference layer // Physica B: Physics of Condensed Matter. 2019. Vol.552. P.58-61.

Aksenov V. L., Lauter-Pasyuk V. V., Lauter H., Nikitenko Yu. V., Petrenko A. V. Polarized neutrons at pulsed sources in Dubna // Physica B: Physics of Condensed Matter. 1996. Vol.335. Iss.1-4. P.147-152.

Nikova E. S., Salamatov Yu. A., Kravtsov E. A., Ustinov V. V. Application of a Gd reference layer for the study of magnetic metallic nanostructures by neutron reflectometry // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021. Vol.15. N5. P.899-902.

References

Baibich M. N., Broto J. M., Fert A., Nguyen Van Dau F., Petroff F., Etienne P., Creuzet G., Friederich A., Chazelas J. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices. Physical Review Letters, 1988, vol.61, iss.21, pp.2472-2475.

Binasch G., Grunberg P., Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange. Physical Review B, 1989, vol.39, iss.7, pp.4828-4830.

Kuranov D. Yu., Andreeva T. A., Bedrina M. E. Raschet potenciala ionizacii ftalocianinatov cinka i grafena na poverhnosti dielektrikov [Calculation of the ionization potential of zinc and graphene phthalocyaninates on the surface of dielectrics]. Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2022, vol.18, iss.1, pp.52-62. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.104 (In Russian)

Ustinov V. V. Spin-flop transition scenario in finite layered antiferromagnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2007, vol.310, iss.2, pp.2219-2221.

Lauter-Pasyuk V., Lauter H., Toperverg B., Romashev L., Ustinov V. Transverse and lateral structure of the spin-flop phase in Fe/Cr antiferromagnetic superlattices. Physical Review Letters, 2002, vol.89, iss.16, p.167203.

Babikov V. V. Metod fazovyh funkcij v kvantovoj mekhanike [Phase function method in quantum mechanics]. Moscow, Nauka Publ., 1976, 288p. (In Russian)

Lekner J. Theory of reflection of electromagnetic and particle waves. Dordrecht, Springer Science+Business Media Publ., 1987, 281p.

Zimmerman K. M. Advanced analysis techniques for X-ray reflectivities: theory and application. Doctoral dissertation in chemistry. Karlsruhe, University of Dortmund Press, 2005, 190p.

De Haan V. O., van Well A. A., Sacks P. E., Adenwalla S., Felcher G. P. Toward the solution of the inverse problem in neutron reflectometry. Physica B: Physics of Condensed Matter, 1996, vol.221, iss.1-4, pp.524-532.

Lynn J. E., Seeger P. A. Resonance effects in neutron scattering lengths of rare-earth nuclides. Atomic Data and Nuclear Data Tables, 1990, vol.44, iss.2, pp.191-207.

Nikova E. S., Salamatov Yu. A., Kravtsov E. A., Bodnarchuk V. I., Ustinov V. V. Experimental determination of gadolinium scattering characteristics in neutron reflectometry with reference layer. Physica B: Physics of Condensed Matter, 2019, vol.552, pp.58-61.

Aksenov V. L., Lauter-Pasyuk V. V., Lauter H., Nikitenko Yu. V., Petrenko A.V. Polarized neutrons at pulsed sources in Dubna. Physica B: Physics of Condensed Matter, 1996, vol.335, iss.1-4, pp.147-152.

Nikova E. S., Salamatov Yu. A., Kravtsov E. A., Ustinov V.V. Application of a Gd reference layer for the study of magnetic metallic nanostructures by neutron reflectometry. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2021, vol.15, no.5, pp. 899-902.