Le miroir à neutrons bénéficie du carbure de bore – Physics World

Une nouvelle approche de fabrication de miroirs à neutrons multicouches a été développée par des chercheurs suédois. En ajoutant du carbure de bore aux couches de fer et de silicium de leur miroir, Anton Zubayer à l'Université de Linköping et ses collègues ont créé un dispositif plus réfléchissant et polarisant pour les faisceaux de neutrons entrants, en particulier aux angles de diffusion élevés.

La science neutronique implique la diffusion de faisceaux de neutrons lents à partir d’échantillons. Ces neutrons ont des longueurs d'onde de Broglie comparables à celles de la séparation entre les atomes dans les solides, les liquides et les gaz. Cela signifie que la diffraction des faisceaux de neutrons peut être utilisée pour déterminer la structure atomique d'un échantillon. Les neutrons peuvent échanger de l'énergie cinétique avec les atomes, ils peuvent donc également sonder les propriétés dynamiques de la matière telles que les vibrations du réseau. Les neutrons ont également des moments magnétiques qui leur permettent de mesurer les propriétés magnétiques des échantillons.

Certaines expériences de diffusion de neutrons magnétiques nécessitent des faisceaux polarisés magnétiquement, mais la création de tels faisceaux peut s'avérer difficile.

"L'optique neutronique polarisante est un élément essentiel des installations de diffusion de neutrons", explique Zubayer. "Cela gagne en importance à mesure que les nouveaux types d'instruments exigent une plus grande efficacité et de nouvelles fonctionnalités."

Mauvaises interfaces

Les faisceaux de neutrons peuvent être polarisés à l’aide de miroirs fabriqués en déposant alternativement des couches de fer et de silicium sur un substrat. Malgré leur utilisation répandue, ces miroirs à neutrons présentent des limites liées à la difficulté de créer des interfaces atomiquement nettes entre les couches de fer et de silicium. Au lieu de cela, les interfaces contiennent des composés de siliciure de fer indésirables.

Ces interfaces rugueuses signifient qu’à des angles de diffusion plus élevés, les miroirs ne sont pas très efficaces pour réfléchir et polariser les neutrons. Ceci peut être surmonté en exposant les miroirs à de puissants champs magnétiques externes. Mais comme ces champs peuvent également affecter les échantillons étudiés, les miroirs doivent être placés à une certaine distance des échantillons, ce qui peut diminuer la qualité des résultats expérimentaux.

Zubayer et ses collègues ont désormais adopté une nouvelle approche pour fabriquer des miroirs à neutrons, qui consiste à ajouter du carbure de bore enrichi en isotopes aux couches de fer et de silicium. Le carbure de bore est enrichi en bore-11 qui, contrairement au bore-10, n'est pas un bon absorbeur de neutrons. Le composé améliore la stabilité des matériaux déposés par pulvérisation magnétron, utilisée pour déposer les couches.

Après avoir constitué les couches de leur miroir à neutrons, Zubayer et ses collègues ont déterminé sa structure atomique à l'aide de plusieurs techniques d'imagerie différentes, notamment la diffraction des rayons X et la microscopie électronique.

Plus fin et plus pointu

Comme ils l'espéraient, leur nouveau miroir présentait des interfaces beaucoup plus nettes entre les couches de fer et de silicium et moins de siliciure de fer. Cela a permis de rendre les couches plus fines qu'auparavant, rendant le miroir beaucoup plus réfléchissant et polarisant les faisceaux de neutrons à des angles de diffusion élevés. Cela a également conduit à une diffusion moins diffuse au sein des faisceaux.

Grâce à ces performances améliorées, l'équipe de Zubayer n'a plus eu besoin d'utiliser un champ magnétique externe pour obtenir la polarisation souhaitée. Leur miroir a ainsi pu être placé plus près des échantillons sans affecter les mesures.

"Nous avons obtenu une réflectivité plus élevée, une meilleure polarisation, moins de bruit de fond pour la ligne de lumière et éliminé le besoin de grands aimants autour de l'appareil", explique Zubayer. "Ainsi, une telle optique utilisant notre approche pourrait débloquer de nouvelles efficacités et possibilités, conduisant à des expériences meilleures, plus rapides, plus fiables et peut-être même à de nouveaux types d'expériences."

Grâce à ces améliorations, les chercheurs pourraient augmenter le flux de neutrons polarisés utilisé dans les expériences ainsi que l’utilisation de neutrons de plus haute énergie. L’équipe espère que leur nouvelle approche pourrait ouvrir la voie à de nouvelles découvertes expérimentales dans des domaines couvrant la physique, la chimie, la biologie et la médecine.

La recherche est décrite dans Science Advances.

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