중성자 거울은 탄화붕소로부터 힘을 얻습니다

플라톤에 의해 재발행

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다층 중성자 거울을 제작하기 위한 새로운 접근법이 스웨덴 연구진에 의해 개발되었습니다. 거울의 철층과 실리콘층에 탄화붕소를 첨가함으로써, 안톤 주바이어 Linköping University의 동료들은 특히 높은 산란 각도에서 들어오는 중성자 빔을 더욱 반사하고 편광하는 장치를 만들었습니다.

중성자 과학은 샘플에서 느리게 움직이는 중성자의 산란 빔을 포함합니다. 이러한 중성자는 고체, 액체 및 기체의 원자 간 분리와 동등한 드브로이 파장을 갖습니다. 이는 중성자 빔의 회절을 사용하여 샘플의 원자 구조를 결정할 수 있음을 의미합니다. 중성자는 원자와 운동 에너지를 교환할 수 있으므로 격자 진동과 같은 물질의 동적 특성을 조사할 수도 있습니다. 중성자에는 자기 모멘트도 있어서 샘플의 자기 특성을 측정할 수 있습니다.

일부 자기 중성자 산란 실험에는 자기적으로 편광된 빔이 필요하지만 이러한 빔을 생성하는 것은 어려울 수 있습니다.

Zubayer는 “편광 중성자 광학은 중성자 산란 시설에 필수적인 부분입니다.”라고 설명합니다. "새로운 유형의 장비가 더 높은 효율성과 새로운 기능을 요구함에 따라 그 중요성이 커지고 있습니다."

열악한 인터페이스

중성자 빔은 기판에 철과 실리콘 층을 교대로 증착하여 만든 거울을 사용하여 편광될 수 있습니다. 널리 사용됨에도 불구하고 이러한 중성자 거울은 철과 실리콘 층 사이에 원자적으로 날카로운 경계면을 생성하는 데 어려움이 있다는 한계가 있습니다. 대신 인터페이스에는 원치 않는 철 규화물 화합물이 포함되어 있습니다.

이러한 거친 경계면은 더 높은 산란 각도에서 거울이 중성자를 반사하고 편광하는 데 그다지 효과적이지 않다는 것을 의미합니다. 이는 거울을 강한 외부 자기장에 노출시킴으로써 극복할 수 있습니다. 그러나 이러한 자기장은 연구 중인 샘플에도 영향을 미칠 수 있으므로 거울을 샘플에서 어느 정도 떨어진 곳에 배치해야 하며 이로 인해 실험 결과의 품질이 저하될 수 있습니다.

이제 Zubayer와 동료들은 철과 실리콘 층에 동위원소가 풍부한 탄화붕소를 추가하는 것을 포함하는 중성자 거울을 제작하는 새로운 접근 방식을 취했습니다. 탄화붕소에는 붕소-11이 풍부합니다. 이는 붕소-10과 달리 중성자를 잘 흡수하지 못합니다. 이 화합물은 층을 증착하는 데 사용된 마그네트론 스퍼터링을 통해 증착된 재료의 안정성을 향상시킵니다.

중성자 거울 층을 구축한 후 Zubayer와 동료들은 X선 회절 및 전자 현미경을 포함한 여러 가지 이미징 기술을 사용하여 원자 구조를 결정했습니다.

더 얇아지고 더 선명해졌습니다.

그들이 바라던 대로, 그들의 새로운 거울은 철과 실리콘 층 사이의 경계가 훨씬 더 선명하고 철 규화물이 더 적다는 특징이 있었습니다. 이를 통해 층을 이전보다 더 얇게 만들 수 있었고, 거울은 높은 산란 각도에서 중성자 빔을 훨씬 더 반사하고 편광할 수 있게 되었습니다. 또한 빔 내에서 확산 산란이 줄어들었습니다.

꼬인 중성자는 홀로그램 방식을 사용하여 생성됩니다.

이러한 향상된 성능으로 Zubayer 팀은 원하는 분극을 달성하기 위해 더 이상 외부 자기장을 사용할 필요가 없었습니다. 결과적으로 측정에 영향을 주지 않고 거울을 샘플에 더 가깝게 배치할 수 있습니다.

Zubayer는 “우리는 더 높은 반사율, 더 나은 편광, 빔라인의 배경 잡음 감소를 실현했으며 장치 주변에 큰 자석이 필요하지 않다는 것을 깨달았습니다.”라고 설명합니다. "따라서 우리의 접근 방식을 사용하는 이러한 광학 장치는 새로운 효율성과 가능성을 열어 더 좋고, 더 빠르고, 더 안정적이며, 심지어 새로운 유형의 실험으로 이어질 수 있습니다."

이러한 개선을 통해 연구자들은 실험에 사용되는 분극 중성자 플럭스와 고에너지 중성자의 사용을 늘릴 수 있습니다. 연구팀은 그들의 새로운 접근 방식이 물리학, 화학, 생물학, 의학 전반에 걸쳐 새로운 실험적 발견의 길을 열 수 있기를 바라고 있습니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학의 발전.