P μ+ = 70 ÷ 130 МэВ/с μ + - канал Научная сессия ОФВЭ, 24 декабря 2012 г. Воробьев С.И. - презентация

1 P μ+ = 70 ÷ 130 МэВ/с μ + - канал Научная сессия ОФВЭ, 24 декабря 2012 г. Воробьев С.И.

2 12 января 2012 года ушёл из жизни заведующий лаборатории мезонной физики конденсированных сред ОФВЭ ПИЯФ КОПТЕВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ.

3 В лаборатории два направления: I. µSR- исследования на ускорителе ПИЯФ. Барсов Сергей Григорьевич – с.н.с. Вальдау Юрий Валерьевич – н.с. Микиртычьянц Сергей Михайлович – с.н.с. Шиков Егор Николаевич – м.н.с. Дзюба Алексей Александрович – с.н.с. Воробьев С.И. - и.о. рук.лаб. Виноградова Л.Л. Щербаков Геннадий Васильевич – с.н.с. Геталов Александр Леонидович – с.н.с. Комаров Евгений Николаевич – с.н.с. Котов Сергей Арестович – н.с. Павлова Ирина Ивановна – м.н.с. Морослип Александр Эдуардович – аспирант II. Рождение мезонов в рN и рА – соударениях (Эксперимент ANKE). (Доклад Барсова С.Г.)

4 Участие Лаборатории МФКС в конкурсах в 2012 году: Конкурс лучших работ ПИЯФ им. Б.П.Константинова По АNKE 3-я премия: «Исследование А-зависимости рождения φ-мезонов в протон-ядерных соударениях». По μSR 3-я премия: «Исследование магнитных фазовых состояний с помощью µSR-установки». Конкурс работ молодых учёных и специалистов ПИЯФ Премия в номинации «работы аспирантов» - «Исследование ферритно-мартенситных сталей методом μSR» Премия второй степени в номинации «молодые учёные и специалисты» - «Исследование мультиферроиков μSR-методом». Грант РФФИ г «Организация и проведение международного научного совещания «11 th Workshop on Existing and Future Projects between PNPI (Gatchina) and FZJ (Julich)». Конкурс научных проектов, выполняемых молодыми учеными (Мой первый грант) Грант РФФИ мол-а «Исследование рождения Сигма-минус гиперона в протон- нейтронных взаимодействиях». Комитет по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга XV Конкурс бизнес-идей, научно-технических разработок и научно- исследовательских проектов «Молодые, дерзкие, перспективные». Номинация «Научно-исследовательские проекты»: Павлова И.И. «Исследование мультиферроиков μSR-методом». – Работа прошла в финал. Морослип А.Э. «Исследование ферритно-мартенситных сталей методом μSR». Заявка на Грант РФФИ а «Исследование внутренних магнитных полей мультиферроиков с помощью μSR-метода». Заявка на Грант РФФИ а «Исследование рождение мезонов и гиперонов в протон-нейтронных взаимодействиях вблизи порога».

5 I.Завершена обработка данных по исследованию магнитных фазовых переходов и распределению локальных магнитных полей в GdMn 2 O 5 ; (совместно с ФТИ им. А.Ф. Иоффе (СПб)). II.Проведен эксперимент по исследованию магнитных фазовых переходов и распределению локальных магнитных полей в мультиферроике Eu 0.8 Ce 0.2 Mn 2 O 5 (совместно с ФТИ им. А.Ф. Иоффе (СПб)); III.Исследование мультиферроиков–перовскитов. Приготовлен образец керамики TbMnO 3. (Совместно с ФТИ, Санкт-Петербург). IV. Исследование свойств феррожидкостей на основе наночастиц MeFe 2 O 4, диспергированных в органические или неорганические среды. Приготовлен образец феррожидкости (CoFe 2 O 4 +PAV(2DBS)+H 2 O). ( совместно с ОИЯИ (Дубна), Национальный институт физики и ядерной технологии им. Х. Хулубея (Бухарест, Румыния), Центр фундаментальных и передовых технических исследований (Тимишоара, Румыния), Институт исследования и развития электротехники (Бухарест, Румыния)). V. Исследования фазовых переходов в хромистых сталях FeCr, содержание Cr~12%. (совместно с НИЯУ МИФИ (Москва). VI. Модернизация μSR-установки ( совместно с ЛКСТ ОФВЭ).

6 В последние годы интересны материалы, в которых сосуществуют магнитное и электрическое упорядочения. Применение: для сенсорной техники, магнитной памяти и микроэлектроники, в частности спинтроники, Наиболее интересны мультиферроики с близкими температурами магнитного и ферроэлектрического упорядочения. Представителями таких соединений, в частности, являются манганиты RMn 2 O 5 (R – металл редкоземельной группы элементов), AFM и FE порядки в этих материалах реализуются при близких значениях температуры (30 – 40 К). Мультиферроики

7 Мультиферроик GdMn 2 O 5 (керамический образец и образец, составленный из большого числа хаотически ориентированных монокристаллов с линейными размерами 23 mm) был изучен μSR- методом в интервале температур 10300K. Обнаружены три аномалии в температурном поведении параметров функции релаксации поляризации мюонов: вблизи фазового перехода, обусловленного возникновением дальнего магнитного порядка в подсистеме ионов марганца (T N1 =4041 K); вблизи lock-in-перехода, обусловленного скачкообразным изменением волнового вектора магнитного порядка (T L =35 K); вблизи температуры упорядочения ионов Gd 3+ (T N2 =15 K). Анализ временных спектров прецессии спина мюонов во внутреннем магнитном поле образцов показал, что имеются две позиции предпочтительных мест локализации мюонов в образцах, различающиеся величинами частот прецессии и характером их температурной зависимости. Более низкочастотная прецессия, обусловленная ионами Mn 4+, ферромагнитными комплексами Mn 4+ Mn 4+ +мюоний(Mu) и ионами Gd 3+, наблюдалась во всей области температур T

8 Рис. Температурная зависимость скорости динамической релаксации λ (a керамический образец; b образец из монокристаллов); темные точки относятся к измерениям при нагревании, светлые при охлаждении, треугольники к измерениям во внешнем магнитном поле H = 280Oe; стрелками отмечены температуры фазовых переходов. Рис. Температурная зависимость остаточной асимметрии a s, нормированной к полной асимметрии a 0 (a керамический образец; b образец из монокристаллов); уровни нормированной асимметрии a s /a 0 =1/3 (T T N1 ) отмечены штрихпунктирными линиями; темные точки относятся к измерениям при нагревании, светлые при охлаждении, треугольники к измерениям во внешнем магнитном поле H = 280Oe. GdMn 2 O 5

9 Рис. Температурные зависимости частот прецессии во внутреннем магнитном поле образца (а керамический образец; b образец из монокристаллов); темные точки относятся к частоте F 1, светлые к частоте F 2 ; стрелками отмечены температуры фазовых переходов T L = 35 K и T N1 = 40 K; пунктирная кривая получена методом наименьших квадратов: F 2 ~ (1 T/T L ) β, T L = 35 K; β = 0.39 ± Научная сессия НИЯУ МИФИ-2012 Результаты приняты к публикации в ФТТ GdMn 2 O 5

10 EuMn 2 O 5 Образец из керамики Наблюдается гистерезис изменения зарядовой плотности при T < T N перераспределение зарядовой плотности деполяризации мюонов из-за образования мюония в диэлектрическом слое – поликристалл; – керамика GdMn 2 O 5 перераспределение зарядовой плотности (25 – 30%) a s /a 0 - охлаждение - нагрев - Н =280 Гс керамика поликристалл

11 Eu 0.8 Ce 0.2 Mn 2 O 5 керамика Работа представлена на XV Конкурсе бизнес-идей, научно-технических разработок и научно-исследовательских проектов Готовится к публикации в Письма в ЖЭТФ

12 Перераспределение зарядовой плотности наблюдается во всех образцах RMn 2 O 5 Результаты представлены на Научной сессии НИЯУ МИФИ перераспределение зарядовой плотности (25 – 30%)

13 TbMnO 3 (керамика) Первые исследования неудачные!!! Образец приготовлен не правильно! Многофазный! Исследования TbMnO 3 будут продолжены!

14 Феррожидкость Возможные причины: 1.Более низкая концентрация (возможность µSR-метода); 2. Замещение атома Fe на Co. CoFe 2 O 4 + PAV(2DBS) + Н 2 O (концентрация ~ 1.5%). H =280 Гс -D 2 O -Fe 3 O 4 /2DBS/D 2 O Fe 3 O 4 + PAV(2DBS) + D 2 O (концентрация ~ 4.7%). Средний размер гранул 11.5 нм Смещение частоты Позволяет определить размер наночастиц (~12 нм). Нет смещения частоты Планируется продолжить исследования феррожидкостей с большей концентрацией (~5÷10%) CoFe 2 O 4 и MnFe 2 O 4 диспергированных в воде H 2 O. Результаты доложены на 2 nd European Nuclear Physics Conference, IFIN-HH, Bucharest, Romania.

15 Низкоактивируемые хромистые стали ЭК181 (Fe x Cr 1-x ); Проблема: изменение механических свойств при химическом и радиационном воздействии из-за хрупко- вязкого перехода (ХВП). Задача: выяснить возможность применения µSR-метода для контроля смещения ХВП от радиационного воздействия (эффект радиационного охрупчивания) на материалы с разным содержанием хрома. Конструкционные материалы для реакторов Проведены первые исследования FeCr (Cr ~ 12%). График зависимости общей площади под мессбауэрским спектром от температуры Работа выполняется совместно с НИЯУ МИФИ. Результаты представлены на Научной сессии НИЯУ МИФИ По данной теме выполнена дипломная работа студентом МИФИ Морослип А.Э. Не дает информации о распределении магнитных полей µSR-метод даёт возможность определения величины внутренних локальных магнитных полей ~ 8 -10% ~ 7%

16 Рис. Зависимость частоты прецессии спина мюона от температуры. Красные точки – Образец 1, синие точки – Образец 2 Рис. Температурная зависимость разброса частот. Красные точки – Образец 1, синие точки – Образец 2 Объектом исследования являлась сталь ЭК-181 (RUSFER EK-181) с различными режимами термообработки: Образец 1. ЭК-181: исходное состояние (отжиг при С). Образец 2. ЭК-181КТО1* С, 500 ч. Рис. Скорость релаксации поляризации мюонов, остановившихся в образце. Красные точки – Образец 1, синие точки – Образец , 2 ( s ) T (K)

17 ЭК181 - КТО С, 500 ч отжига Рис. Зависимость асимметрии от температуры Образца 1. Линии нанесены для наглядности поведения зависимости. Красные точки – а SG, синие точки – а CFM. Рис. Зависимость асимметрии от температуры Образца 2. Линии нанесены для наглядности поведения зависимости. Красные точки – а SG, синие точки – а CFM. ЭК Исходное состояние (отжиг при С)

18 Для чего нужно: 1. Изменять температуру исследуемых образцов в диапазоне 15 – 350 К; 2. Стабильно работать при высоких температурах (200 – 350 К); 3. Исключить потери гелия 20% (независимая работа от Криогенной Станции); 4. Экономия ускорительного времени (автономная работа- без захода в зал и смены дьюаров). Модернизация установки: Криорефрежератор СН-208L Гелиевый компрессор F-70H Было приобретено для создания «гелиевой петли»: турбомолекулярный насос; безмасляный спиральный насос; мембранный вакуумный насос.

19 1. Исследование магнитных фазовых переходов и распределения локальных магнитных полей в мультиферроиках (ErMn 2 O 5, TbMn 2 O 5, TbMnO 3 и TbBiMnO 3 ). а). В ErMn 2 O 5 основной вклад в магнитный момент – орбитальный, сильно связанный с решеткой. Все моменты жестко ориентированы вдоль оси с, формируя внутреннее эффективное магнитное поле по этой оси. Интересно проследить за частотами прецессии в ErMn 2 O 5 – взаимодействие Er–Mn существенно отличается от Gd–Mn. б). Именно в ErMn 2 O 5 был зафиксирован структурный фазовый переход с изменением расстояний в цепочке ионов Mn 3+ –O–Mn 4+ вблизи 25 К. Представляет интерес изучить асимметрию в этом кристалле вблизи температуры перехода и сравнить с Eu - и Gd – образцами. в). В TbMn 2 O 5 тоже большой магнитный момент, но ориентированный в плоскости ab. Как это скажется на изменении асимметрии и поведении частот, вблизи структурного перехода. г). Интересно проверить есть ли эффект потери асимметрии в мультиферроиках–перовскитах, номинально содержащих только ионы Mn 3+. Как там дело обстоит с частотами прецессии. В 2012 г. приготовлены образцы манганата ErMn 2 O 5 и перовскитной керамики TbMnO 3. Планируется провести первые измерения. (Совместно с ФТИ). 2. Планируется провести исследования изменения частоты прецессии мюона в феррожидкости в зависимости: а) от концентрации магнитных наночастиц (~5 ÷ 10%); б) от состава образцов (CoFe 2 O 4 и MnFe 2 O 4 диспергированных в воде H 2 O). Образцы были готовы в апреле 2012 года. (Совместно с ОИЯИ). 3. Исследование фазовых переходов в хромистых сталях с помощью SR–метода, а также определения зависимости величины внутренних локальных магнитных полей от способа обработки и приготовления. На данный момент приготовлено 8 образцов. (Совместно с НИЯУ МИФИ, Москва). 4. Исследования электротехнических сталей «Исследование тензора магнитной текстуры» (совместно с НИЯУ МИФИ (Москва). 5. Продолжение модернизации установки.

20 Список публикаций за 2012 год (μSR-метод): 1. Воробьев С.И., Геталов А.Л., Головенчиц Е.И., Комаров Е.Н., Коптев В.П., Котов С.А., Павлова И.И., Санина В.А., Щербаков Г.В. Исследование мультиферроика GdMn 2 O 5 с помощью μSR-метода. Научная сессия НИЯУ МИФИ Аннотации докладов. В 3 томах. Т.1 Инновационные ядерные технологии. Высокие технологии в медицине. М.: НИЯУ МИФИ, Стр Воробьев С.И., Иванова М.С., Коптев В.П., Милосердин В.Ю., Мищенко А.Ю., Морослип А.Э., Самосадный В.Т. Исследование ферритно-мартенситных сталей методом μSR. Научная сессия НИЯУ МИФИ Аннотации докладов. В 3 томах. Т.1 Инновационные ядерные технологии. Высокие технологии в медицине. М.: НИЯУ МИФИ, Стр И.Ю. Иванов, А.А. Васильев, М.Е. Взнуздаев, С.И. Воробьев, А.Л. Геталов, С.А. Котов, П.А. Кравцов, А.В. Надточий, В.А. Трофимов. Измерение динамической магнитной восприимчивости сталей в криогенных условиях. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, 3 (79) стр S.G. Barsov, A.L. Getalov, E.N. Komarov, V.P. Koptev, S.A. Kotov, A.E. Moroslip, I.I. Pavlova, G.V. Shcherbakov, S.I. Vorobyev. μSR-INVESTIGATIONS AT PNPI. Сборник ОФВЭ. 5. С.И. Воробьев, А.Л. Геталов, Е.И. Головенчиц, Е.Н. Комаров, В.П. Коптев, С.А. Котов, И.И Павлова, В.А. Санина, Г.В. Щербаков. Исследование мультиферроика GdMn 2 O 5 μSR-методом. Принята к публикации в журнал ФТТ. 6. S.I. Vorobyev, A.L. Getalov, E.I. Golovenchits, E.N. Komarov, I.I. Pavlova, S.A. Kotov, A.E. Moroslip, V.A. Sanina and G.V. Scherbakov. The investigation of the manganites RMn 2 O 5 by the µSR method. Направлена в журнал Journal of Physics: Conference Series. 7. И.И Павлова. Исследование мультиферроиков μSR-методом. Каталог XV конкурса бизнес-идей, научно- технических разработок и научно-исследовательских проектов «Молодые, дерзкие, перспективные». Санкт- Петербург, сентябрь 2012 г. Стр T.N. Mamedov, M. Balasoiu, S.G. Barsov, D. Bica, K.I. Gritsaj, V.N. Duginov, E.N. Komarov, V.P. Koptev, S.A. Kotov, C. Petrescu, G.V. Shcherbakov, L. Vekas, S.I. Vorobyev. µSR Study of magnetic fluids based on the Fe 3 O 4 and CoFe 2 O 4 nanoparticles dispersed in water nd European Nuclear Physics Conference, IFIN-HH, Bucharest, Romania.

21

22 Метод исследований: µSR Основа метода: угловая асимметрия е + относительно μ + из распада + e + +ν е +ν μ. В эксперименте: продольно поляризованные + останавливаются в исследуемом образце. Измеряются: Относительный выход е + : и временное распределение е + относительно момента остановки μ + : a 1/3 – коэффициент асимметрии; t µ 2,19711·10 -6 с. Из экспериментальных данных определяется: G(t) – функция релаксации спина μ + -мезона во внешнем магнитном поле Н внеш или локальных магнитных полях образца (λ, Н, Δ) Несколько примеров аналитического вида функции G(t):