25 февраля 2011

1. проект 3.9 (2010) Программы ОФНРАН “ФЭЧЯФЯТ” 25 февраля 2011

2. Проект 3.9. Разработка время-пролетных спектрометров неупругого рассеяния нейтронов на нейтронном комплексе ИЯИ РАН участники проекта: Лаборатория нейтронных исследований Институт ядерных исследований РАН цель: создание в ИЯИ РАН современных нейтронных установок, позволяющих проводить измерения в интересах физики конденсированных сред, физического материаловедения

3. Экспериментальный комплекс ИЯИ РАН в г.Троицке Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

4. Нейтронный комплекс ИЯИ РАН для исследования конденсированных сред. 1-я очередь установок на импульсном источнике ИН-06 Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

5. Эксперименты на установках 1-й очереди.Нейтроннаядифракция в 2010 г. были получены нейтронные дифрактограммы эталонных образцов и образцов функциональных материалов при нейтронном потоке источника ИН-06 в несколько единиц % от номинала. Тем самым продемонстрирован большой потенциал источника ИН-06 для нейтронной дифракции и нейтронной спектроскопии, которая требует высокой светосилы источника Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

6. ИН-06 (ИН-10), установки второй очереди Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

7. Установки второй очереди на чертежах проекта ГСПИ-ИЯИ Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

8. Нейтронные спектры источника ИН-06: эксперимент и расчет эксперимент 2010 г. Монте-Карло моделирование 2005 г. при выборе областей научного применения для установок второй очереди, типов установок и их параметров мы опирались на расчетные нейтронные спектры - препринт ИЯИ 1140 (2005) - эксперименты ноября 2010 г. в целом подтвердили расчеты - спектр ИН-06 существенно ”жестче” спектров прочих российских источников (ИБР-2, ПИК, ИР-8, ВВР-М, ИВВ-2М) в нем больше горячих и эпитепловых нейтронов, максимум тепловой (почти максвелловской) части спектра смещен в большие энергии Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

9. Нейтронный спектр ИН-06 в терминах волновых свойств нейтронов показан спектр на канале установки “Кристалл” Для физики твердого тела важно: 1) соответствие длины волны нейтрона межплоскостным расстояниям в кристаллах 2) соответствие передаваемого при рассеянии нейтронами импульса квазиимпульсам элементарных возбуждений в твердых телах – фононов, магнонов, экситонов Интенсивность (отсчеты) Длина волны нейтронов λ (Å) Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

10. Проверка наших возможностей по изменению нейтронных спектров “Кристалл” – нет элементов нейтронной оптики “Геркулес” – установлен нейтронный суперзеркальный концентратор Интенсивность (отсчеты) “Горизонт” – установлен искривленный суперзеркальный нетроновод Энергия нейтроновE (eV) Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

11. Сильные и слабые стороны источника ИН-06 Сильные стороны:  спектр богат горячими и эпитепловыми нейтронами  контроль над длительностью импульса (1÷100 µs, против 320 µs на ИБР-2)  отсутствие делящихся материалов, легкий режим доступа  единственный в стране источник, основанный на победившем в мире принципе генерации нейтронов для исследования конденсированных сред (SNS, JSNS, ISIS, ESS)  географический фактор – близость институтов Москвы и окрестностей (пользователи), большое число вузов (подготовка кадров) Слабые стороны:  пока не достигнуты проектные параметры по энергии протонов и току  высокая стоимость сеанса (электроэнергия) , малое число 10-дневных сеансов в год  нет набора источников с разным спектром (холодный, тепловой, …)  малое число физиков и инженеров, обслуживающих и создающих установки на ИН-06 Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

12. Выбор областей научных применений Физика твердого тела:  сильнокоррелированные электронные системы, тяжелые фермионы, валентно-нестабильные системы, мультиферроики, сверхпроводники  магнетики с локализованными моментами, магнетизм коллективизированных электронов  фазовые переходы, в том числе при высоком давлении и в сильных магнитных полях  динамические свойства конденсированных сред (твердых тел и “soft matter”)  межмультиплетные переходы, эффекты кристаллического электрического поля Материаловедение, физика наносистем, физика Земли:  водородсодержащие системы (геттеры водорода, полимеры, биологические объекты)  высокопрочные сплавы, в том числе и с наноразмерными включениям  тонкие пленки, в том числе магнитные  соединения земной коры, мантии под высоким давлением  термоэлектрические и магнитокалорические материалы  материалы для ядерной энергетики Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

13. Нейтронные спектроскопия и дифракция, соотношение в мире и в РФ Institute Laue Langevin SNS, Oak Ridge (1st stage) ISIS, RAL FRM-II, Munich JSNS, J-PARC (1st stage) Сумма по РФ Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

14. Нейтронное рассеяние конечный импульс Законы сохранения направление образец Полное сечение рассеяния начальный импульс дважды дифференциальное сечение рассеяния Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

15. Динамика против статики статическая корреляционная функция динамическая корреляционная функция может быть получена из нейтронной дифракции может быть получена из спектров неупругого рассеяния нейтронов (впервые это показал L. Van Hove в 1954 г.) информация о структуре, только косвенная информация о динамике прямая информация о динамике, механизме явлений, прямая связь с микроскопическими теориями Связь статических и динамических свойств Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

16. Спектрометр “Гибрид” тип прибора: спектрометр по времени пролета прямой геометрии с монохроматором аналоги: FOCUS (SINQ), HYSPEC (SNS) область применения: магнитные возбуждения, динамика решетки основные параметры: переданная энергия -30 meV < E < 150 meV энерг. разрешение ~ 5% (оценка на основе М-К модели, зависит от Е) Расст. образец-детектор 4 m угол рассеяния для монохроматора: Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

17. Спектрометр “Гибрид” принцип действия спектрометра прямой геометрии E-Q диаграмма для спектрометра “Гибрид” при Ei=100 meV рассмотрены и выбраны монохроматоры: PG002, Cu111 Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

18. Минимальный переданный импульс для установки “Гибрид” Малые переданные импульсы (Q < 4 Å-1) необходимы для исследования магнитного вклада в рассеяние, поскольку магнитный формфактор быстро спадает с ростом Q Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

19. Разрешение в импульсном пространстве для измерений монокристаллов при использованнии позиционно чувствительных детекторов (разр. 2 см) рассчитаны положения точек в обратном пространстве, соответствующим разным пикселям на детекторе и разным временным каналам для (монокристалл хрома с кристаллографическим направлением [100], повернутом на угол 90° относительно импульса падающих нейтроновki. Плоскость рассеяния [100]/[010] ) Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

20. Карта интенсивности для монокристалла хрома – слой из 4х-мерного пространства Q-E, наши измеренияна TOF приборе MAPS (ISIS) Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

21. Прямая геометрия против обратной для TOF спектроскопии Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

22. Компактный высокосветосильный спектрометр обратной геометрии“Глобус” область применения: - динамика решетки, плотность фононных состояний - системы с жестким фононным спектром, ковалентные кристаллы - вибрационная спектроскопия тип спектрометра: TOF прибор обратной геометрии с Be фильтром (Ef<5 meV) Переданные энергии до 1.5eV относительное энергетическое разрешение: δE/E =2 ((δL/L1)2 + ((Ef/Ei) δ ctg() (1+( L2/L1)(Ei/Ef)3/2)2)1/2 выгоднее иметь малое расстояние образец-детектор = вторую пролетную базу L2 Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

23. Подавление поглощения при переходе к эпитепловым нейтронам Сильно поглощают тепловые нейтроны следующие элементы: B, Cd, Gd, Eu, Sm, In, Er, их слабо поглощающие изотопы дороги и не всегда доступны. Дифрактометр “Градус ” сделает возможным исследование многих интересных объектов при использовании естественных изотопных смесей Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

24. Дифрактометр“Градус” для сильно поглощающих нейтроны материалов и исследований в высоких магнитных полях область применения: - кристаллические структуры соединений B, Cd, Gd, Eu, Sm - магнитные структуры при высоких импульсных магнитных полях (до 60Тесла) тип дифрактометра: малоугловой дифрактометр Разрешение по межплоскостному расстоянию для 10% разрешения по d Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

25. Пример – эксперимент на дифрактометреEXCED (KEK, Япония) Из доклада M.Arai на ICANS-2005 Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

26. Динамика решетки геликоидального магнетика MnSi Phys. Rev. B 82 (2010) 144307-144311 Линии – расчет в LDA приближении функционала плотности Линии – расчет в LDA приближении функционала плотности Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

27. Cкирмионы в MnSi УФН, Новости физики (1 июня 2009): В ряде экспериментов по нейтронному рассеянию были получены косвенные указания того, что распределение спинов электронов в соединении MnSi имеет нетривиальную топологическую структуру, состоящую из квазичастиц — скирмионов. Скирмионы описываются киральнымисолитонными моделями, предложенными Скирмом в 1961 г. Предполагается, что в MnSi топологические возбуждения — скирмионы возникают за счет спин-орбитального взаимодействия и образуют решетку в виде трех спиралей. Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

28. MnSi: обобщенная и парциальные плотности фононных состояний Для получения информации о высокоэнергетичной части фононного спектра MnSi нам пришлось использовать первопринципные модели. Лучшая модель была выбрана на основе нейтронных данных при E < 40 meV. На установке “Глобус” было бы возможно измерение полного фононного спектра, т.е. безмодельное решение проблемы. Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

29. MnSi – анализ макроскопических магнитных свойств Решеточный вклад в теплоемкость полная теплоемкость C/T магнитный и электронный вклады в C/T Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

30. Пример – Динамика решетки каркасно-кластерных (высших) боридов Phys. Rev. B 82 (2010) 024302-024307 Me (0,0,0) B (½,x,x), x ≈ 0.17 Na Yb YbB12- structure of UB12 type (based on NaCl) B12 Cl (Me=Y, Zr, Hf, Gd÷Lu, U) Symmetry group Fm3m Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

31. Lattice dynamics in REB12: model calculations & experiment PhDOS (meV-1) Force - constant model Phonon dispersion curves along main symmetry directions Energy (meV) q (r.l.u.)

32. Плотность фононных состояний в додекаборидах Ab-inito (DFT-LDA) calculations and experiment Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

33. Пример – изучение сильно поглощающих нейтроны веществ методом рентгеновской спектроскопии (синхротроны DESY и Сибирь-2) ZeitschriftfürKristallographie: Vol. 225, No. 11, pp. 482-486 (2010) Эксперименты проведены в DESY, и на синхротроне Сибирт=рь-2 НИЦ “КИ” XANES, LIII край церия A – вклад Ce3+ B – вклад Ce4+ C – структурная особенность метода спектроскопии XANES Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

34. Температурная зависимость валентности для Gd/PrxCe1-xNi GdxCe1-xNi PrxCe1-xNi Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

35. Заключениe и планы на 2011 г. ‏ • Разработаны проекты трех установок второй очереди Нейтронного комплекса ИЯИ РАН, которые существенно расширят его возможности в области ФКС и материаловедения. Проекты являются эскизными, основные конструктивные схемы и элементы выбраны и обоснованы, сделаны оценки важных параметров установок – разрешения (энергетического и по импульсу) • Выбраны направления нейтронных исследований, в которых ЛНИ ИЯИ будет конкурентоспособна в РФ и в мире • - В ЛНИ ИЯИ ведутся работы в области нейтронного рассеяния на собственных установках и установках прочих нейтронных центров (зарубежные и РФ), • что позволяет поддерживать достаточный уровень культуры нейтронного эксперимента Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

36. Заключениe и планы на 2011 г. • Необходимо завершить Монте-Карло моделирование новых установок (программа MсCStas, в сотрудничестве с ПИЯФ НИЦ КИ), выбрать оптимальные геометрические параметры • - Необходимо провести эксперименты с прототипами элементов новых установок: детекторов эпитепловых нейтронов, фокусирующих нейтронных концентраторов, экспериментально установить оптимальную толщину Be фильтра, размеры и геометрию его ячеек • Необходимо исследовать преимущества временной фокусировки на спектрометре “Гибрид” • Нужно накапливать и тестировать пластины монохроматора, исследовать их мозаичность • Нужны счетчики 3He с высоким давлением газа ‏ Заседание Научного Совета ОФН РАН “ФЭЧ ФЯФ ЯТ”, 25 февраля 2011

37. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! ИЯИ РАН, 25 февраля 2011