РОЗДІЛ 2
Методика експерименту, обробки результатів та розрахунків
В даній роботі синтез зразків для досліджень автором не проводився, посилання
на методи синтезу подані в тексті наступного розділу. Дослідження термічного
розширення не провадилося методами дилатометрії через відсутність якісних
(бездвійникових) монокристалів галатів РЗЕ. Як альтернативу використано in-situ
НТ та ВТ рентгеноструктурні методи досліджень. Перший параграф даного розділу
складає опис експериментального обладнання та методики проведення
експериментів, застосованих нами при дослідженні структури РЗЕ галатів зі
структурою перовскіту. В другому параграфі коротко обговорюється процедура
обробки експериментальних результатів. Третій параграф містить теоретичне
підґрунтя та методику статичної мінімізації енергії комірки та розрахунків
фононного спектру.
2.1 Методика проведення структурних досліджень
Суттєвою перевагою методу дифракції синхротронного випромінювання у порівнянні
з дифракцією рентгенівського випромінювання є висока інтенсивність пучка
випромінювання, високе відношення сигнал/фон, можливість вибору довжини хвилі
випромінювання. На рисунку 2.1. зображені результати експериментів дифракції
рентгенівського та синхротронного випромінювання.
Порошковий дифрактометр на станції В2 Гамбургзької синхротронної лабораторії
HASYLAB був побудований в 1988 році на накопичувальному кільці DORIS II (зараз
DORIS III) Німецького електронного синхротрона DESY. Після одного року перерви,
з 1991 року порошковий дифрактометр є доступним для вимірювань. Порошковий
дифрактометр був розроблений для дифракції від полікристалічних зразків,
включаючи висококутове розділення, резонансної і часово-розділеної порошкової
дифракції, аналізу текстури і напружень.
а)
б)
Рис. 2.1 Порівняння якості дифракційних картин знятих за допомогою
рентгенівського та синхротронного випромінювання (а), окрема група рефлексів
(б)
Джерело випромінювання
Відповідним джерелом синхротронного випромінювання є DORIS III – джерело
синхротронного випромінювання другого порядку генерації, котре забезпечує
позитрони з енергією 4.45 ГеВ. По колу розташовані більш ніж 30
експериментальних станцій, кожна з яких обладнана відхиляючим магнітом з
критичною енергією 16.04 кеВ. Робоча станція В2 обладнана магнітом і
знаходиться на відстані приблизно 40 м від джерела. Вертикальний розмір і
відхилення променя становить уz = 0.316 мм та уz’ = 51.6 µрад відповідно.
Оптика основного променя
На половині відстані від джерела випромінювання (DORIS III) на шляху променя
розміщені два рентгенівських дзеркала обладнані кроковими двигунами, які
дозволяють незалежні переміщення та юстування. Встановлення одного з дзеркал
веде до вертикального відхилення променя аж до 250 мм в районі дифрактометра.
Перше дзеркало – циліндричної форми з пневматично юстованою кривизною і покрите
платиною. Розмір дзеркала є 1000110110 мм3 і кривизна може бути змінена від
плоскої до сфокусованої геометрії. В оптимальній робочій точці дзеркало колімує
вертикальне відхилення синхротронного променя в напрямку паралельному до
напрямку променя. Оптимізоване відхилення покращує кутове розділення
дифрактометра і напівширина на половині максимуму зменшується, зокрема, на
високих кутах дифракції.
Другий тип дзеркала - тороїдоподібне дзеркало покрите шаром золота. Його розмір
1000130 мм2 і воно фокусує горизонтально відхилений синхротронний промінь на
зразок, таким чином дозволяючи підвищити інтенсивність в 10 разів. Однак
горизонтальна складова відбивається в вертикальні площині дифракції, що
спричиняє зменшення кутового розділення в ширококутовому діапазоні. На рисунку
2.2 показане порівняння напівширин рефлексів ортоалюмінату лантану, коли пучок
фокусувався за допомогою циліндрично – та тороїдоподібних дзеркал при довжині
хвилі 1.18 Е. Довжина хвилі, яка може бути застосована при вимірюваннях з
зеркалами обмежена межею поглинання матеріалу покриття дзеркала (лmin = 1.12
Е).
Рис. 2.2 Порівняння напівширин рефлексів LaAlO3 виміряних з використанням
тороїдального (^) та циліндричного (¦) дзеркал при довжині хвилі 1.18 Е [80].
Два типи монохроматорів встановлені в спільному резервуарі наповненому рідким
гелієм: один для прямого, а другий – для відбитого синхротронного променя. Si
(111) подвійний кристал монохроматор використовується для прямого променя в
діапазоні довжин хвиль 0.35-2.4 Е. Типова довжина хвилі становить ~0.7 Е, яка
приблизно відповідає максимуму потоку енергії накопичувального кільця. Для
відбитого променя використовується подвійний кристал–монохроматор Ge (111). У
германію розсіювання інтенсивності у порівнянні до кремнію є вищим, крім цього
межа поглинання є близькою до матеріалу покриття рентгенівських дзеркал, тому
його застосування обмежене довжинами хвиль 1.2-2.4 Е.
Для контролю розмірів променя встановлені три незалежні системи щілин. Перша
система, встановлена попереду рентгенівських дзеркал визначає розмір променя та
величину освітлення дзеркала, тобто визначає горизонтальне відхилення променя
перед блоком монохроматора. Друга система щілин після монохроматора визначає
розмір променя на зразку. Третя система щілин, встановлена попереду зразка,
обрізає розсіяну складову від попередньої щілини. Кожна система щілин
складається з чотирьох пластин, які можуть встановлюватися незалежно. Між
другою та третьою системами щілин під кутом 90о до променя встановлений NaI
сцинтиляційний лічильник, за допомогою якого проводиться моніторинг вхідного
променя за розсіяним випромінюванням від алюмінієвої фольги або гелієвої
атмосфери.
Дифрактометр
Схема дифракто
- Київ+380960830922