Физика / 2.Физика твёрдого тела.

Melnichuk I. A., Vasko E. I.

Donetsk National University, Ukraine

Influence of electrons impact with a film surface on the beam divergence at its scattering on a stripe domain structure

A change in angular portrait of electron beam due to its collision with a surface of a film containing a stripe domain structure is studied numerically. A behavior of variation in shape and dimensions of beam angular portrait after collisions with film surface has been investigated.

В результате рассеяния пучка заряженных частиц плёнками, содержащими упорядоченные доменные структуры, в направлениях их движения происходят значительные изменения. В работах [1 - 3] исследовано влияние полосовой доменной структуры (ПДС) и блочной ДС на направления вылета и конечные угловые распределения заряженных частиц. Интерес вызывает вопрос, что происходит с ориентациями частиц пучка на всех этапах рассеяния до вылета из области значительного действия поля. В [3] исследована эволюция размеров и положения углового портрета (область значений углов полярного и азимутального рассеяния) при изменениях расстояния, пройденного электронами вблизи поверхности плёнки с ПДС в режиме блокировки входа. Получено, что угловые портреты представляют собой гладкие замкнутые петли различной формы, причём на этапах приближения пучка к поверхности наблюдается угловая расходимость пучка, при удалении от поверхности – фокусировка. Аналогичные исследования, касающиеся рассеяния частиц, сопровождающегося столкновением их с поверхностью плёнки, были исследованы неглубоко. Данная работа посвящена подробному изучению кинетики формирования углового портрета электронного пучка в процессе рассеяния плёнкой с ПДС, сопровождающегося столкновением с её поверхностью.

Геометрия задачи, а также методика расчета распределения поля ПДС и траекторий движения частиц подробно описаны в [3]; α – угол скольжения, β – начальный азимутальный угол, δ и φ – углы вылета в полярной и азимутальной плоскости соответственно. В работе представлены результаты численного счёта для случая рассеяния электронного пучка с энергией Е = 500 эВ на плёнке намагниченностью 17900 Гс, содержащей ПДС с параметрами – периодом P₀ = =10 мкм, h = 1 мкм. Пучок падает на поверхность под углом скольжения α = 1º, угол между проекцией скорости частицы и доменной стенкой β = 40º.

Как и в случае блокировки входа (см.[3]), на этапах рассеяния, предшествующих столкновению с поверхностью плёнки, угловой портрет δ(φ) представляет собой гладкие замкнутые петли. Столкновение части пучка с плёнкой приводит к разрыву ранее замкнутых овальных конфигураций δ(φ). Численные эксперименты показали, что столкновение частиц пучка с поверхностью происходит не одновременно, а последовательно (в первую очередь отражаются частицы, упавшие с прицельными параметрами вблизи притягивающей доменной стенки). Ещё не столкнувшиеся с поверхностью частицы не смотря на то, что очень близки к поверхности образца и при этом находятся над различными участками плёнки в пределах Р₀, формируют часть углового портрета в виде гладкого неразрывного полукольца (фрагмент 1 на рисунке).

Часть углового портрета, соответствующая частицам, столкнувшимся с поверхностью плёнки, имеет особенность – она перестаёт быть гладкой, появляются спиралевидные фрагменты (фрагмент 2 на рисунке). Эта особенность ярко выражена на всех дальнейших этапах рассеяния пучка. Отрицательные значения δ соответствуют частицам, которые движутся по направлению к поверхности.

Последовательное рассмотрение δ(φ) выявило, что по мере удаления пучка от плёнки помимо уменьшения угловых размеров портрета происходит его вращение по часовой стрелке и, как следствие, наблюдается некоторая периодичность в его форме. Исследование отдельных траекторий не выявило никакой зависимости проявления данной периодичности от прицельного параметра отсчитанного вдоль поверхности пленки по нормали к доменной границе. Что касается динамики размера углового портрета, то, как и в случае рассеяния электронов в режиме блокировки входа, по мере удаления частиц от поверхности происходит постепенная фокусировка по обоим углам (δ, φ). Полная стабилизация угловых портретов (как формы, так и размера) происходит после преодоления частицами расстояния Р₀ от поверхности плёнки. При этом их размер составляет порядка 1º по полярному углу и несколько десятых градуса по азимутальному. Дополнительные расчёты угловых портретов, полученные для случая движения пучка на расстояниях от Р₀ до 2Р₀ от поверхности плёнки, показали, что при этом их размеры меняются менее, чем на тысячную долю градуса, а форма не меняется вовсе.

Угловой портрет пучка электронов на этапе рассеяния, когда от поверхности отразилась половина частиц.

Литература

1. Васько Е.И., Мельничук И.А. // Известия РАН. Серия физическая, 2008, том 72, № 5, с.670-673.

2. Melnichuk I.A., Vasko E.I. // Intern. workshop MPMNS’10, 2010, pp. 107-108.

3. Васько Е.И., Мельничук П.И. // Известия РАН. Серия физическая, 2004, т. 68, № 3, с. 370-373