Nötron rezonans spin ekosu - Neutron resonance spin echo

Nötron rezonans spin ekosu bir quasielastic nötron saçılması Gähler ve Goloub tarafından geliştirilen teknik. Klasik formunda, geleneksel formata benzer şekilde kullanılır. nötron dönüş yankısı (NSE) spektrometresi quasielastic saçılma örnekten küçük enerjinin değiştiği nötron çözülmek zorunda. NSE'nin aksine, büyük manyetik solenoidler sırasıyla iki rezonant kanatçık ile değiştirilir. Bu, varyantların kombinasyon halinde kullanılmasına izin verir üçlü eksenli spektrometreler konvansiyonel NSE ile mümkün olmayan depolarizasyon koşulları ve tutarsız saçılmalar için uyarımların dar hat genişliğini veya MIEZE'yi (Sıfır Çaba ile IntEnsity Modülasyonu) çözmek için.

Nötron spin eko teknikleri, enstrümanın enerji çözünürlüğünün cihazdan ayrılması yoluyla çok yüksek nötron yoğunluğu ile birlikte çok yüksek enerji çözünürlüğü elde eder. dalga boyu nötronların yayılması. Nötronların enerji aktarımı, polarizasyon dağınık nötronların dalga boyundaki değişimde değil. Son nötron polarizasyonu, (normalleştirilmiş) ara saçılma işlevi S (Q, τ), hakkında doğrudan bilgi sağlar gevşeme süreçleri, aktivasyon enerjileri ve incelenen örneklerdeki dinamik süreçlerin genlikleri.

Nasıl çalışır

Klasik NSE tekniği (Şekil 1. a)), Lamor devinimi nötron çevirmek statik olarak uçarken geçirir manyetik alanlar. Bununla birlikte, nötron rezonant spin ekosu (NRSE) ve sıfır çabayla yoğunluğun modülasyonu (MIEZE) gibi nötron üzerinde aynı etkiyi elde etmek için manyetik bir RF-alanında rezonans dönüş dönüşleri kullanan birkaç başka NSE şeması mevcuttur.[1][2][3]

NRSE'de, NSE'deki büyük DC bobinleri tarafından üretilen statik manyetik alanlar, statik bir manyetik alan B üreten iki rezonant kanatlı bobin ile değiştirilir.0 ve buna dikey bir radyo frekansı (RF) frekans alanı ωRF (Şekil 1. b).[4][5]

İlk rezonans yüzgecine giren bir nötron, statik alan B tarafından indüklenen bir rezonant π-tersine çevrilir.0 süre önceden işleme bir frekansla ωL ( Lamor frekansı ) eşittir ωRF ve performans Rabi - salınımlar RF alanı nedeniyle. Klasik NRSE'de, iki kanatçık arasındaki yolda herhangi bir manyetik alan bulunmaz ve dönme fazı değiştirilmez. İkinci rezonant kanatçık bobininde, nötron başka bir rezonans flip-ters çevrilmesine maruz kalır. Bu iki yüzgecin nötron dönüşü üzerindeki etkisi, NSE'de kullanılan etkili bir statik manyetik alanın etkisiyle aynıdır.[1][6][7]

Boyuna rezonans spin eko

Orijinal NRSE kurulumu, B alanının bulunduğu enine konfigürasyonda (T-NRSE, Şekil 1. b)) tasarlanmıştır.0 dönüş yönünün enine uzanır. Bu formda, kurulumun enerji çözünürlüğü, B'nin üretim doğruluğu ile sınırlıdır.0 bobinleri birkaç nanosaniye kadar. Enine NRSE bobinleri arasındaki boşluğun alandan arındırılmış olması gerekir ve bu nedenle bir mu-metal Konut.[8]Yukarıda bahsedilen dezavantajlar, hem klasik NSE hem de T-NRSE'nin avantajlarını birleştirmek için uzunlamasına NRSE (L-NRSE, Şekil 1. d)) tasarımının geliştirilmesine yol açar.[9][10]Geleneksel enine NRSE tekniğinin aksine, silindirik olarak simetrik uzunlamasına NRSE konfigürasyonu, nötron polarizasyonunu sürdürme çabasını azaltarak tüm spektrometre boyunca kılavuz alanların kullanımına izin verir. Bu, enine NRSE için gereken mu-metal korumayı geçersiz kılar ve büyük dalga boylarına sahip λ nötronların polarizasyonunun korunmasını kolaylaştırır. Bu nötronlar, çözünürlükleri λ ile arttığı için NSE teknikleri için özellikle önemlidir.3.[11] Bir uzunlamasına alan geometrisi kullanarak, ıraksak olmayan bir nötron ışını için alan düzeltmesi gerekmezken, ıraksak nötron yörüngelerine yönelik düzeltmeler, geleneksel NSE'ye kıyasla en az 10 kat daha küçüktür.

TAS ile birlikte

NRSE'de kullanılan RF kanatçık bobinleri, klasik NSE'de kullanılan DC bobinlerinden çok daha küçüktür ve bu da büyük bir azalmaya yol açar. başıboş alanlar bobinlerin etrafında. Bu, RF kanatçık bobinlerini eğmeyi ve üç eksenli bir spektrometre konfigürasyonunda NRSE gerçekleştirmeyi mümkün kılar. Bobinlerin eğilmesi, tüm Brillouin bölgesi üzerinde çok yüksek çözünürlükle (1 µeV kadar düşük) bir uyarmanın tüm enerji dağılımının ölçülebildiği spin-eko odaklamayı mümkün kılar. Bu nedenle, bu teknik, her ikisi de dahil olmak üzere, dağıtıcı uyarımların hat genişliklerinin araştırılmasına izin verir. fononlar ve magnonlar, tümünün üzerinde Brillouin bölgesi.[12][13][14][15]

MIEZE

Klasik NSE ve NRSE'nin bir dezavantajı, nötron ışınının depolarizasyonunun tam bir sinyal kaybına yol açması ve çok büyük manyetik alanlar gibi depolarize edici koşullar altında ölçüm yapmayı imkansız hale getirmesidir. Ayrıca, nötron ışınının depolarizasyonuna neden olan örnekleri ölçmek mümkün değildir, örneğin ferromıknatıslar, ve süperiletkenler. Tutarsız saçılmanın baskın miktarı nedeniyle, büyük miktarlarda hidrojen geleneksel NSE ve NRSE kullanılarak ölçülmesi de zordur. Bu dezavantajların üstesinden gelmek için MIEZE (Sıfır Çaba ile IntEnsity Modülasyonu) yöntemi enine ve boylamsal konfigürasyonda tanıtıldı (Şekil 1. c) ve e)).

MIEZE konfigürasyonunda, ilk iki RF döner kanatçık farklı frekanslarda çalıştırılır (aynı frekansta çalıştıkları geleneksel NRSE'nin aksine), bu da ölçülen sinyalin zaman ve konuma duyarlı bir detektör tarafından algılanan sinüzoidal zaman modülasyonuna yol açar. .[16][4][17][18][19] Bu kurulum, tüm spin manipülasyon cihazlarının (analizör dahil) numunenin yukarı akışına yerleştirilmesine izin vererek, numunelerin depolarizasyon koşulu altında ölçülmesini (depolarize etme) mümkün kılar.[20][11]NRSE enine MIEZE ile aynı terminolojiyi takip eden MIEZE, B alanının0 uzunlamasına MIEZE için B alanı, nötron ışınına çapraz uzanır0 nötron ışını boyunca noktalar.

Adanmış Aletler

Aşağıdaki liste, şu anda kullanılan (veya planlamada) nötron spin eko enstrümanlarının kapsamlı bir listesini sunmaktadır. Bu aletlerin çoğu sürekli nötron kaynaklarında çalıştırılır. soğuk nötronlar. Aşağıda belirtilen farklı koşullar altında çok az alet kullanılmaktadır.

NSE

NRSE

MIEZE

Üç eksenli Spektrometre - NRSE

Referanslar

  1. ^ a b Gähler, R .; Golub, R. (Eylül 1987). "Spin-eko ve manyetik rezonans temelinde yarı-selastik saçılma için yüksek çözünürlüklü bir nötron spektrometresi". Zeitschrift für Physik B. 65 (3): 269–273. Bibcode:1987ZPhyB..65..269G. doi:10.1007 / bf01303712. ISSN  0722-3277.
  2. ^ Golub, R .; Gähler, R. (Temmuz 1987). "Yarı elastik ve esnek olmayan saçılma için bir nötron rezonans spin eko spektrometresi". Fizik Harfleri A. 123 (1): 43–48. Bibcode:1987PhLA..123 ... 43G. doi:10.1016/0375-9601(87)90760-2. ISSN  0375-9601.
  3. ^ Schmidt, C. J .; Groitl, F .; Klein, M .; Schmidt, U .; Häussler, W. (2010). "NRSE ile KASKAD: Quasielastik Nötron Saçılmasında kullanılan Hızlı Yoğunluk Modülasyon Teknikleri". Journal of Physics: Konferans Serisi. 251 (1): 012067. Bibcode:2010JPhCS.251a2067S. doi:10.1088/1742-6596/251/1/012067. ISSN  1742-6596.
  4. ^ a b Gähler, R .; Golub, R .; Keller, T. (Haziran 1992). "Nötron rezonans spin ekosu - yüksek çözünürlüklü spektroskopi için yeni bir araç". Physica B: Yoğun Madde. 180-181: 899–902. Bibcode:1992PhyB..180..899G. doi:10.1016 / 0921-4526 (92) 90503-k. ISSN  0921-4526.
  5. ^ Häussler, W .; Böni, P .; Klein, M .; Schmidt, C. J .; Schmidt, U .; Groitl, F .; Kindervater, J. (Nisan 2011). "CASCADE dedektörü kullanılarak RESEDA'da yüksek frekans yoğunluğu salınımlarının tespiti". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 82 (4): 045101–045101–6. Bibcode:2011RScI ... 82d5101H. doi:10.1063/1.3571300. ISSN  0034-6748. PMID  21529033.
  6. ^ Häussler, Wolfgang; Schmidt, Ulrich (2005). "Spin eko ve rezonans spin eko kombinasyonu ile etkili alan integral çıkarma". Phys. Chem. Chem. Phys. 7 (6): 1245–1249. Bibcode:2005PCCP .... 7.1245H. doi:10.1039 / b419281h.
  7. ^ Schwink, Ch .; Schärpf, O. (Eylül 1975). "Değişen manyetik alanlardaki nötronlar için Pauli denkleminin çözümü ve sarmal manyetik yapılarda yansıma ve iletime uygulanması". Zeitschrift für Physik B. 21 (3): 305–311. Bibcode:1975ZPhyB..21..305S. doi:10.1007 / BF01313312.
  8. ^ Kindervater, J .; Martin, N .; Häußler, W .; Krautloher, M .; Fuchs, C .; Mühlbauer, S .; Lim, J.A .; Blackburn, E .; Böni, P .; Pfleiderer, C .; Frick, B .; Koza, M. M .; Boehm, M .; Mutka, H. (23 Ocak 2015). "RESEDA'da 17 T manyetik alan altında nötron spin eko spektroskopisi". EPJ Web of Conferences. 83: 03008. arXiv:1406.0405. Bibcode:2015EPJWC..8303008K. doi:10.1051 / epjconf / 20158303008.
  9. ^ Häussler, Wolfgang; Schmidt, Ulrich; Ehlers, Georg; Mezei, Ferenc (Ağustos 2003). "Nötron rezonans spin ekosu, spin eko düzeltme bobinlerini kullanarak". Kimyasal Fizik. 292 (2–3): 501–510. Bibcode:2003CP .... 292..501H. doi:10.1016 / S0301-0104 (03) 00119-8.
  10. ^ Häussler, W; Schmidt, U; Dubbers, D (Temmuz 2004). "Nötron rezonans spin ekosunda artan katı açı". Physica B: Yoğun Madde. 350 (1-3): E799 – E802. Bibcode:2004PhyB..350E.799H. doi:10.1016 / j.physb.2004.03.208.
  11. ^ a b Georgii, R .; Kindervater, J .; Pfleiderer, C .; Böni, P. (Kasım 2016). "SAYGI: Ekstrem çalışmalar için nötron rezonans spin-eko spektrometresi". Fizik Araştırmalarında Nükleer Aletler ve Yöntemler Bölüm A: Hızlandırıcılar, Spektrometreler, Detektörler ve İlgili Ekipmanlar. 837: 123–135. arXiv:1608.00836. Bibcode:2016NIMPA.837..123G. doi:10.1016 / j.nima.2016.08.004.
  12. ^ Pynn, R (Kasım 1978). "Nötron spin eko ve üç eksenli spektrometreler". Journal of Physics E: Scientific Instruments. 11 (11): 1133–1140. Bibcode:1978JPhE ... 11.1133P. doi:10.1088/0022-3735/11/11/015.
  13. ^ Keller, T .; Habicht, K .; Klann, H .; Ohl, M .; Schneider, H .; Keimer, B. (1 Aralık 2002). "FRM-2'deki NRSE-TAS spektrometresi". Uygulamalı Fizik A: Malzeme Bilimi ve İşleme. 74: s332 – s335. Bibcode:2002ApPhA..74S.332K. doi:10.1007 / s003390201612.
  14. ^ Keller, T .; Keimer, B .; Habicht, K .; Golub, R .; Mezei, F. (2002). Nötron Rezonans Spin Echo - Üç Eksen Spektrometresi (NRSE-TAS). Nötron Spin Eko Spektroskopisi. Fizikte Ders Notları. 601. s. 74–86. doi:10.1007/3-540-45823-9_8. ISBN  978-3-540-44293-6.
  15. ^ Groitl, F .; Keller, T .; Quintero-Castro, D. L .; Habicht, K. (Şubat 2015). "Üç eksenli spektrometre FLEXX'te nötron rezonans spin-eko yükseltmesi". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 86 (2): 025110. Bibcode:2015RScI ... 86b5110G. doi:10.1063/1.4908167. PMID  25725891.
  16. ^ Besenböck, W .; Gähler, R .; Hank, P .; Kahn, R .; Köppe, M .; De Novion, C-H .; Petry, W .; Wuttke, J. (1 Nisan 1998). "MIEZE'de ilk saçılma deneyi: Rezonans bobinleri kullanan bir fourier dönüşü uçuş zamanı spektrometresi". Nötron Araştırmaları Dergisi. 7 (1): 65–74. doi:10.1080/10238169808200231.
  17. ^ Hank, P .; Besenböck, W .; Gähler, R .; Köppe, M. (Haziran 1997). "Tutarsız saçılma için sıfır alan nötron spin eko teknikleri". Physica B: Yoğun Madde. 234-236: 1130–1132. Bibcode:1997 PhyB..234.1130H. doi:10.1016 / S0921-4526 (97) 89269-1.
  18. ^ Häussler, W .; Böni, P .; Klein, M .; Schmidt, C. J .; Schmidt, U .; Groitl, F .; Kindervater, J. (Nisan 2011). "CASCADE dedektörü kullanılarak RESEDA'da yüksek frekans yoğunluğu salınımlarının tespiti". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 82 (4): 045101–045101–6. Bibcode:2011RScI ... 82d5101H. doi:10.1063/1.3571300. PMID  21529033.
  19. ^ Schmidt, C J; Groitl, F; Klein, M; Schmidt, U; Häussler, W (1 Kasım 2010). "NRSE ile KASKAD: Quasielastik Nötron Saçılmasında kullanılan Hızlı Yoğunluk Modülasyon Teknikleri". Journal of Physics: Konferans Serisi. 251 (1): 012067. Bibcode:2010JPhCS.251a2067S. doi:10.1088/1742-6596/251/1/012067.
  20. ^ Krautloher, Maximilian; Çocuk bakıcısı Jonas; Keller, Thomas; Häußler, Wolfgang (Aralık 2016). "Boylamsal DC alanları ile nötron rezonans spin ekosu". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 87 (12): 125110. Bibcode:2016RScI ... 87l5110K. doi:10.1063/1.4972395. PMID  28040941.