Lustro neutronowe zostaje wzmocnione dzięki węglikowi boru – Świat Fizyki

Naukowcy ze Szwecji opracowali nowe podejście do wytwarzania wielowarstwowych zwierciadeł neutronowych. Dodając węglik boru do warstw żelaza i krzemu ich zwierciadła, Antona Zubayera na Uniwersytecie w Linköping wraz ze współpracownikami stworzyli urządzenie, które jest bardziej odblaskowe i polaryzujące w stosunku do przychodzących wiązek neutronów, zwłaszcza przy dużych kątach rozproszenia.

Nauka o neutronach polega na rozpraszaniu wiązek wolno poruszających się neutronów z próbek. Takie neutrony mają długości fal de Broglie'a porównywalne z odległością między atomami w ciałach stałych, cieczach i gazach. Oznacza to, że dyfrakcję wiązek neutronów można wykorzystać do określenia struktury atomowej próbki. Neutrony mogą wymieniać energię kinetyczną z atomami, dzięki czemu mogą również badać dynamiczne właściwości materii, takie jak wibracje sieci. Neutrony mają również momenty magnetyczne, dzięki czemu mogą mierzyć właściwości magnetyczne próbek.

Niektóre eksperymenty z rozpraszaniem neutronów magnetycznych wymagają wiązek spolaryzowanych magnetycznie, ale utworzenie takich wiązek może być wyzwaniem.

„Polaryzacyjna optyka neutronowa jest istotną częścią urządzeń rozpraszających neutrony” – wyjaśnia Zubayer. „Rośnie na znaczeniu, ponieważ nowe typy instrumentów wymagają większej wydajności i nowatorskich funkcji”.

Słabe interfejsy

Wiązki neutronów można polaryzować za pomocą zwierciadeł wytwarzanych przez osadzanie na podłożu naprzemiennych warstw żelaza i krzemu. Pomimo szerokiego zastosowania, te zwierciadła neutronowe mają ograniczenia związane z trudnością w tworzeniu atomowo ostrych powierzchni międzyfazowych pomiędzy warstwami żelaza i krzemu. Zamiast tego interfejsy zawierają niepożądane związki krzemku żelaza.

Te szorstkie powierzchnie międzyfazowe oznaczają, że przy wyższych kątach rozproszenia zwierciadła nie są zbyt skuteczne w odbijaniu i polaryzacji neutronów. Można temu zaradzić, wystawiając zwierciadła na działanie silnych zewnętrznych pól magnetycznych, ale ponieważ pola te mogą również wpływać na badane próbki, zwierciadła należy umieścić w pewnej odległości od próbek, co może obniżyć jakość wyników eksperymentów.

Teraz Zubayer i współpracownicy przyjęli nowe podejście do wytwarzania zwierciadeł neutronowych, które polega na dodaniu wzbogaconego w izotopy węglika boru do warstw żelaza i krzemu. Węglik boru jest wzbogacony borem-11, który w przeciwieństwie do boru-10 nie jest dobrym pochłaniaczem neutronów. Związek poprawia stabilność materiałów osadzanych metodą rozpylania magnetronowego, którą zastosowano do osadzania warstw.

Po zbudowaniu warstw zwierciadła neutronowego Zubayer i współpracownicy określili jego strukturę atomową, korzystając z kilku różnych technik obrazowania, w tym dyfrakcji promieni rentgenowskich i mikroskopii elektronowej.

Cieńszy i ostrzejszy

Zgodnie z oczekiwaniami, ich nowe lustro charakteryzowało się znacznie ostrzejszymi granicami pomiędzy warstwami żelaza i krzemu oraz mniejszą ilością krzemku żelaza. Umożliwiło to wykonanie cieńszych warstw niż poprzednio, dzięki czemu zwierciadło było znacznie bardziej odblaskowe i polaryzowało wiązki neutronów pod dużymi kątami rozproszenia. Doprowadziło to również do mniej rozproszonego rozpraszania w wiązkach.

Dzięki tej lepszej wydajności zespół Zubayera nie musiał już używać zewnętrznego pola magnetycznego, aby osiągnąć pożądaną polaryzację. W rezultacie ich lustro można było umieścić bliżej próbek, bez wpływu na pomiary.

„Uzyskaliśmy wyższy współczynnik odbicia, lepszą polaryzację, mniej szumów tła dla linii wiązki i wyeliminowaliśmy potrzebę stosowania dużych magnesów wokół urządzenia” – wyjaśnia Zubayer. „Zatem taka optyka wykorzystująca nasze podejście może odblokować nową wydajność i możliwości, prowadząc do lepszych, szybszych, bardziej niezawodnych, a może nawet nowych rodzajów eksperymentów”.

Dzięki tym ulepszeniom badacze mogliby zwiększyć strumień spolaryzowanych neutronów wykorzystywany w eksperymentach, a także wykorzystanie neutronów o wyższej energii. Zespół ma nadzieję, że ich nowe podejście może utorować drogę nowym odkryciom eksperymentalnym w dziedzinach obejmujących fizykę, chemię, biologię i medycynę.

Badania opisano w Postępy nauki.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/