El espejo de neutrones recibe impulso del carburo de boro – Physics World

Investigadores suecos han desarrollado un nuevo método para fabricar espejos de neutrones multicapa. Al agregar carburo de boro a las capas de hierro y silicio de su espejo, Antón Zubayer de la Universidad de Linköping y sus colegas crearon un dispositivo que refleja y polariza más los haces de neutrones entrantes, especialmente en ángulos de dispersión elevados.

La ciencia de los neutrones implica dispersar haces de neutrones de movimiento lento a partir de muestras. Estos neutrones tienen longitudes de onda de De Broglie equivalentes a la separación entre átomos en sólidos, líquidos y gases. Esto significa que la difracción de haces de neutrones se puede utilizar para determinar la estructura atómica de una muestra. Los neutrones pueden intercambiar energía cinética con los átomos, por lo que también pueden investigar propiedades dinámicas de la materia, como las vibraciones de la red. Los neutrones también tienen momentos magnéticos, por lo que pueden medir las propiedades magnéticas de las muestras.

Algunos experimentos de dispersión de neutrones magnéticos requieren haces que estén polarizados magnéticamente, pero crear dichos haces puede ser un desafío.

"La óptica de neutrones polarizantes es una parte esencial de las instalaciones de dispersión de neutrones", explica Zubayer. "Está ganando importancia a medida que los nuevos tipos de instrumentos exigen mayor eficiencia y características novedosas".

Interfaces pobres

Los haces de neutrones se pueden polarizar mediante espejos que se fabrican depositando capas alternas de hierro y silicio sobre un sustrato. A pesar de su uso generalizado, estos espejos de neutrones tienen limitaciones asociadas con la dificultad de crear interfaces atómicamente definidas entre las capas de hierro y silicio. En cambio, las interfaces contienen compuestos de siliciuro de hierro no deseados.

Estas interfaces rugosas significan que en ángulos de dispersión más altos, los espejos no son muy efectivos para reflejar y polarizar neutrones. Esto se puede superar exponiendo los espejos a fuertes campos magnéticos externos, pero como estos campos también pueden afectar a las muestras que se estudian, los espejos deben colocarse a cierta distancia de las muestras y esto puede disminuir la calidad de los resultados experimentales.

Ahora, Zubayer y sus colegas han adoptado un nuevo enfoque para fabricar espejos de neutrones, que implica agregar carburo de boro enriquecido con isótopos a las capas de hierro y silicio. El carburo de boro está enriquecido con boro-11, que a diferencia del boro-10, no es un buen absorbente de neutrones. El compuesto mejora la estabilidad de los materiales depositados mediante pulverización catódica con magnetrón, que se utilizó para depositar las capas.

Después de construir las capas de su espejo de neutrones, Zubayer y sus colegas determinaron su estructura atómica utilizando varias técnicas de imágenes diferentes, incluidas la difracción de rayos X y la microscopía electrónica.

Más delgado y más nítido

Como esperaban, su nuevo espejo presentaba interfaces mucho más nítidas entre las capas de hierro y silicio y menos siliciuro de hierro. Esto permitió que las capas se hicieran más delgadas que antes, haciendo que el espejo fuera mucho más reflectante y polarizador para los haces de neutrones en ángulos de dispersión elevados. También condujo a una dispersión menos difusa dentro de los haces.

Con este rendimiento mejorado, el equipo de Zubayer ya no necesitó utilizar un campo magnético externo para lograr la polarización deseada. Como resultado, su espejo podría colocarse más cerca de las muestras sin afectar las mediciones.

"Hemos logrado una mayor reflectividad, una mejor polarización, menos ruido de fondo para la línea de luz y eliminamos la necesidad de grandes imanes alrededor del dispositivo", explica Zubayer. "Por lo tanto, esta óptica que utilice nuestro enfoque podría desbloquear nuevas eficiencias y posibilidades, lo que conduciría a experimentos mejores, más rápidos, más confiables y tal vez incluso nuevos".

Con estas mejoras, los investigadores podrían aumentar el flujo de neutrones polarizados utilizado en los experimentos, así como el uso de neutrones de mayor energía. El equipo espera que su nuevo enfoque pueda allanar el camino para nuevos descubrimientos experimentales en campos que abarcan la física, la química, la biología y la medicina.

La investigación se describe en Science Advances.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/