Oglinda cu neutroni primește un impuls de la carbura de bor – Physics World

O nouă abordare pentru fabricarea oglinzilor cu neutroni multistrat a fost dezvoltată de cercetătorii din Suedia. Prin adăugarea de carbură de bor în straturile de fier și siliciu ale oglinzii lor, Anton Zubayer de la Universitatea Linköping și colegii săi au creat un dispozitiv care este mai reflectorizant și polarizant pentru fasciculele de neutroni care intră, în special la unghiuri de împrăștiere înalte.

Știința neutronilor implică împrăștierea fasciculelor de neutroni cu mișcare lentă din probe. Astfel de neutroni au lungimi de undă de Broglie la egalitate cu separarea dintre atomi din solide, lichide și gaze. Aceasta înseamnă că difracția fasciculelor de neutroni poate fi utilizată pentru a determina structura atomică a unei probe. Neutronii pot face schimb de energie cinetică cu atomii, astfel încât ei pot sonda și proprietățile dinamice ale materiei, cum ar fi vibrațiile rețelei. Neutronii au, de asemenea, momente magnetice, astfel încât pot măsura proprietățile magnetice ale probelor.

Unele experimente de împrăștiere a neutronilor magnetici necesită fascicule care sunt polarizate magnetic, dar crearea unor astfel de fascicule poate fi o provocare.

„Polarizarea opticii neutronilor este o parte esențială pentru instalațiile de împrăștiere a neutronilor”, explică Zubayer. „Câștigă în importanță pe măsură ce noile tipuri de instrumente necesită o eficiență mai mare și caracteristici noi.”

Interfețe slabe

Fasciculele de neutroni pot fi polarizate folosind oglinzi care sunt realizate prin depunerea de straturi alternative de fier și siliciu pe un substrat. În ciuda utilizării lor pe scară largă, aceste oglinzi cu neutroni au limitări care sunt asociate cu dificultatea de a crea interfețe ascuțite atomic între straturile de fier și siliciu. În schimb, interfețele conțin compuși de siliciu de fier nedoriți.

Aceste interfețe brute înseamnă că la unghiuri de împrăștiere mai mari, oglinzile nu sunt foarte eficiente în reflectarea și polarizarea neutronilor. Acest lucru poate fi depășit prin expunerea oglinzilor la câmpuri magnetice externe puternice – dar, deoarece aceste câmpuri pot afecta și probele studiate, oglinzile trebuie plasate la o anumită distanță de eșantioane și acest lucru poate diminua calitatea rezultatelor experimentale.

Acum, Zubayer și colegii au adoptat o nouă abordare pentru fabricarea oglinzilor cu neutroni, care implică adăugarea de carbură de bor îmbogățită cu izotopi la straturile de fier și siliciu. Carbura de bor este îmbogățită cu bor-11 – care, spre deosebire de bor-10, nu este un bun absorbant de neutroni. Compusul îmbunătățește stabilitatea materialelor depuse prin pulverizare cu magnetron, care a fost folosit pentru depunerea straturilor.

După ce au construit straturile oglinzii lor cu neutroni, Zubayer și colegii au determinat structura atomică a acesteia folosind mai multe tehnici diferite de imagistică, inclusiv difracția cu raze X și microscopia electronică.

Mai subțire și mai ascuțită

După cum sperau, noua lor oglindă prezenta interfețe mult mai clare între straturile de fier și siliciu și mai puțin siliciu de fier. Acest lucru a permis ca straturile să fie mai subțiri decât înainte, făcând oglinda mult mai reflectorizante și polarizând fasciculele de neutroni la unghiuri mari de difuzie. De asemenea, a dus la o împrăștiere mai puțin difuză în cadrul fasciculelor.

Cu această performanță îmbunătățită, echipa lui Zubayer nu mai avea nevoie să folosească un câmp magnetic extern pentru a obține polarizarea dorită. Ca rezultat, oglinda lor ar putea fi plasată mai aproape de mostre fără a afecta măsurătorile.

„Am realizat o reflectivitate mai mare, o polarizare mai bună, un zgomot de fundal mai mic pentru linia fasciculului și eliminăm nevoia de magneți mari în jurul dispozitivului”, explică Zubayer. „Astfel, o astfel de optică folosind abordarea noastră ar putea debloca noi eficiențe și posibilități, conducând la tipuri de experimente mai bune, mai rapide, mai fiabile și poate chiar noi.”

Cu aceste îmbunătățiri, cercetătorii ar putea crește fluxul de neutroni polarizați utilizat în experimente, precum și utilizarea neutronilor de energie mai mare. Echipa speră că noua lor abordare ar putea deschide calea pentru noi descoperiri experimentale în domenii care includ fizică, chimie, biologie și medicină.

Cercetarea este descrisă în Avansuri de știință.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/