中性子ミラーが炭化ホウ素によって強化される – Physics World

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タイムスタンプ：2年2024月12日26:XNUMX


中性子ミラー
より良いレイヤー: アントン ズバイエルは多層中性子ミラーを披露します。 (提供:オロフ・プランターバー/リンシェーピング大学)

多層中性子ミラーを製造するための新しいアプローチがスウェーデンの研究者によって開発されました。ミラーの鉄層とシリコン層に炭化ホウ素を添加することで、 アントン・ズバイエル リンシェーピング大学と同僚らは、特に高い散乱角で、入射中性子線に対してより反射性と偏光性が高い装置を開発した。

中性子科学には、サンプルからゆっくりと移動する中性子のビームを散乱することが含まれます。このような中性子は、固体、液体、気体の原子間の分離と同等のド・ブロイ波長を持っています。これは、中性子線の回折を使用してサンプルの原子構造を決定できることを意味します。中性子は原子と運動エネルギーを交換できるため、格子振動などの物質の動的特性を調べることもできます。中性子には磁気モーメントもあるので、サンプルの磁気特性を測定できます。

一部の磁気中性子散乱実験では磁気偏光されたビームが必要ですが、そのようなビームを作成するのは困難な場合があります。

「偏光中性子光学系は中性子散乱施設にとって不可欠な部分です」とズバイエル氏は説明する。 「新しいタイプの機器がより高い効率と斬新な機能を要求するにつれて、その重要性が増しています。」

貧弱なインターフェース

中性子ビームは、基板上に鉄とシリコンの交互層を堆積して作られたミラーを使用して偏光できます。これらの中性子ミラーは広く使用されているにもかかわらず、鉄層とシリコン層の間に原子的に鋭い界面を作成することが難しいことに伴う制限があります。その代わりに、界面には不要な鉄ケイ化物化合物が含まれています。

これらの粗い界面は、より高い散乱角では、ミラーが中性子の反射と偏光にあまり効果的ではないことを意味します。この問題は、ミラーを強い外部磁場にさらすことで解決できますが、これらの磁場は研究対象のサンプルにも影響を与える可能性があるため、ミラーをサンプルからある程度離して配置する必要があり、これにより実験結果の品質が低下する可能性があります。

Zubayerらは今回、中性子ミラーの製造に新たなアプローチを採用した。これには、同位体が豊富な炭化ホウ素を鉄層とシリコン層に添加することが含まれる。炭化ホウ素にはホウ素 11 が豊富に含まれていますが、ホウ素 10 とは異なり、中性子の吸収には適していません。この化合物は、層の堆積に使用されたマグネトロン スパッタリングによって堆積される材料の安定性を向上させます。

Zubayerらは、中性子ミラーの層を構築した後、X線回折や電子顕微鏡などのいくつかの異なるイメージング技術を使用してその原子構造を決定した。

より薄く、よりシャープに

彼らの期待通り、彼らの新しいミラーは、鉄層とシリコン層の間の界面がはるかに鋭く、ケイ化鉄が少ないことが特徴でした。これにより、層を以前よりも薄くすることができ、ミラーの反射率が大幅に向上し、高い散乱角で中性子線を偏光できるようになりました。また、ビーム内の拡散散乱も減少しました。

この性能の向上により、ズバイエル氏のチームは、望ましい分極を達成するために外部磁場を使用する必要がなくなりました。その結果、測定に影響を与えることなく、ミラーをサンプルの近くに配置することができました。

「私たちは、ビームラインのより高い反射率、より良い偏光、より低いバックグラウンドノイズを実現し、デバイスの周囲に大きな磁石を置く必要性を排除しました」とズバイエル氏は説明します。 「したがって、私たちのアプローチを使用したこのような光学系は、新たな効率と可能性を解き放ち、より優れた、より高速で、より信頼性の高い、さらには新しいタイプの実験につながる可能性があります。」

これらの改善により、研究者は実験で使用する偏極中性子束を増加させたり、高エネルギー中性子の使用を増やすことができます。研究チームは、彼らの新しいアプローチが、物理学、化学、生物学、医学にわたる分野にわたる新たな実験的発見への道を開くことを期待している。

研究はで説明されています 科学の進歩.

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