碳化硼增强中子镜 – 物理世界

瑞典研究人员开发了一种制造多层中子镜的新方法。通过在镜子的铁层和硅层中添加碳化硼， 安东·祖拜尔 林雪平大学的林雪平大学及其同事发明了一种对入射中子束具有更强反射性和偏振性的装置，尤其是在高散射角时。

中子科学涉及从样品中散射缓慢移动的中子束。这种中子的德布罗意波长与固体、液体和气体中原子之间的分离相当。这意味着中子束的衍射可用于确定样品的原子结构。中子可以与原子交换动能，因此它们还可以探测物质的动态特性，例如晶格振动。中子还具有磁矩，因此可以测量样品的磁性。

一些磁中子散射实验需要磁偏振束，但产生这种束可能是一个挑战。

“偏振中子光学器件是中子散射设施的重要组成部分，”祖拜尔解释道。 “随着新型仪器需要更高的效率和新颖的功能，它变得越来越重要。”

接口差

中子束可以使用通过在基底上交替沉积铁和硅层制成的镜子来偏振。尽管它们被广泛使用，但这些中子镜具有局限性，与在铁和硅层之间形成原子级清晰界面的困难相关。相反，界面含有不需要的硅化铁化合物。

这些粗糙的界面意味着在较高的散射角下，镜子在反射和偏振中子方面不是很有效。这可以通过将镜子暴露在强外部磁场中来克服，但由于这些磁场也会影响所研究的样品，因此镜子需要放置在距样品一定距离的位置，这可能会降低实验结果的质量。

现在，祖拜尔和同事采用了一种新方法来制造中子镜，其中包括在铁和硅层中添加富含同位素的碳化硼。碳化硼富含硼 11，与硼 10 不同，硼 XNUMX 不是良好的中子吸收剂。该化合物提高了通过磁控溅射沉积的材料的稳定性，磁控溅射用于沉积各层。

在构建出中子镜层后，Zubayer 和同事使用几种不同的成像技术（包括 X 射线衍射和电子显微镜）确定了其原子结构。

更薄更锋利

正如他们所希望的那样，他们的新镜子在铁和硅层之间具有更清晰的界面，并且硅化铁更少。这使得这些层比以前更薄，使得镜子对高散射角的中子束具有更强的反射性和偏振性。它还导致光束内的漫散射减少。

凭借这种改进的性能，Zubayer 的团队不再需要使用外部磁场来实现所需的极化。因此，他们的镜子可以放置在离样品更近的位置，而不会影响测量。

“我们已经实现了更高的反射率、更好的偏振、更少的光束背景噪声，并且消除了设备周围对大磁铁的需要，”Zubayer 解释道。 “因此，使用我们的方法的这种光学器件可以释放新的效率和可能性，从而带来更好、更快、更可靠，甚至可能是新型实验。”

通过这些改进，研究人员可以增加实验中使用的极化中子通量以及高能中子的使用。该团队希望他们的新方法能为物理、化学、生物学和医学领域的新实验发现铺平道路。

该研究描述于 科学进展.

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