Lo specchio di neutroni riceve una spinta dal carburo di boro – Physics World

Alcuni ricercatori svedesi hanno sviluppato un nuovo approccio per la fabbricazione di specchi neutronici multistrato. Aggiungendo carburo di boro agli strati di ferro e silicio dello specchio, Anton Zubayer dell'Università di Linköping e colleghi hanno creato un dispositivo che riflette e polarizza maggiormente i fasci di neutroni in arrivo, soprattutto ad angoli di diffusione elevati.

La scienza dei neutroni prevede la diffusione di fasci di neutroni che si muovono lentamente dai campioni. Tali neutroni hanno lunghezze d'onda di De Broglie pari alla separazione tra atomi nei solidi, nei liquidi e nei gas. Ciò significa che la diffrazione dei fasci di neutroni può essere utilizzata per determinare la struttura atomica di un campione. I neutroni possono scambiare energia cinetica con gli atomi, quindi possono anche sondare le proprietà dinamiche della materia come le vibrazioni del reticolo. I neutroni hanno anche momenti magnetici quindi possono misurare le proprietà magnetiche dei campioni.

Alcuni esperimenti di diffusione magnetica dei neutroni richiedono fasci polarizzati magneticamente, ma la creazione di tali fasci può essere una sfida.

“L’ottica neutronica polarizzante è una parte essenziale per gli impianti di diffusione dei neutroni”, spiega Zubayer. “Sta acquisendo importanza poiché nuovi tipi di strumenti richiedono maggiore efficienza e nuove funzionalità”.

Interfacce scadenti

I fasci di neutroni possono essere polarizzati utilizzando specchi realizzati depositando strati alternati di ferro e silicio su un substrato. Nonostante il loro uso diffuso, questi specchi neutronici presentano limitazioni legate alla difficoltà di creare interfacce atomicamente nitide tra gli strati di ferro e silicio. Invece, le interfacce contengono composti di siliciuro di ferro indesiderati.

Queste interfacce ruvide significano che ad angoli di diffusione più elevati, gli specchi non sono molto efficaci nel riflettere e polarizzare i neutroni. Questo può essere risolto esponendo gli specchi a forti campi magnetici esterni – ma poiché questi campi possono influenzare anche i campioni studiati, gli specchi devono essere posizionati a una certa distanza dai campioni e questo può diminuire la qualità dei risultati sperimentali.

Ora, Zubayer e colleghi hanno adottato un nuovo approccio alla fabbricazione di specchi di neutroni, che prevede l’aggiunta di carburo di boro arricchito con isotopi agli strati di ferro e silicio. Il carburo di boro è arricchito con boro-11 – che a differenza del boro-10 non è un buon assorbitore di neutroni. Il composto migliora la stabilità dei materiali depositati tramite lo sputtering del magnetron, utilizzato per depositare gli strati.

Dopo aver costruito gli strati del loro specchio di neutroni, Zubayer e colleghi ne hanno determinato la struttura atomica utilizzando diverse tecniche di imaging, tra cui la diffrazione di raggi X e la microscopia elettronica.

Più sottile e più nitido

Come speravano, il loro nuovo specchio presentava interfacce molto più nitide tra gli strati di ferro e silicio e meno siliciuro di ferro. Ciò ha consentito di rendere gli strati più sottili di prima, rendendo lo specchio molto più riflettente e polarizzante rispetto ai raggi di neutroni ad angoli di diffusione elevati. Ha portato anche ad una dispersione meno diffusa all’interno dei raggi.

Grazie a queste prestazioni migliorate, il team di Zubayer non ha più avuto bisogno di utilizzare un campo magnetico esterno per ottenere la polarizzazione desiderata. Di conseguenza, il loro specchio potrebbe essere posizionato più vicino ai campioni senza influenzare le misurazioni.

"Abbiamo realizzato una maggiore riflettività, una migliore polarizzazione, meno rumore di fondo per la linea di luce ed eliminato la necessità di grandi magneti attorno al dispositivo", spiega Zubayer. “Pertanto, tali ottiche che utilizzano il nostro approccio potrebbero sbloccare nuove efficienze e possibilità, portando a esperimenti migliori, più veloci, più affidabili e forse anche a nuovi tipi di esperimenti”.

Con questi miglioramenti, i ricercatori potrebbero aumentare il flusso di neutroni polarizzati utilizzato negli esperimenti, nonché l’uso di neutroni ad alta energia. Il team spera che il loro nuovo approccio possa aprire la strada a nuove scoperte sperimentali in campi che spaziano dalla fisica, alla chimica, alla biologia e alla medicina.

La ricerca è descritta in Anticipi Scienza.

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