|
Нейтронные зеркала могут раскрыть секреты материи
|
|
|
|
Усовершенствованные нейтронные зеркала могут повысить эффективность анализа материалов в нейтронных источниках, таких как европейский источник расщепления. Усовершенствованное зеркало было разработано исследователями из Университета Линчепинга путем нанесения на кремниевую пластину чрезвычайно тонких слоев железа и кремния, смешанных с карбидом бора. Их исследование было опубликовано в журнале Science Advances. "Вместо увеличения мощности источника нейтронов, что чрезвычайно дорого, лучше сосредоточиться на улучшении оптики", - говорит Фредрик Эрикссон, научный сотрудник отдела физики тонких пленок Университета Линчепинга. Вместе с протонами нейтроны образуют атомные ядра. В зависимости от количества нейтронов в ядре свойства элемента могут отличаться. Кроме того, нейтроны также можно использовать для анализа различных материалов на очень детальном уровне. Этот метод называется рассеянием нейтронов. Такие измерения проводятся в специальных нейтронных исследовательских лабораториях, называемых источниками нейтронов. Одна из таких лабораторий, европейский источник расщепления, или ESS, в настоящее время строится за пределами Лунда. Это инвестиции в размере 2 миллиардов евро.
|
|
|
|
ESS и другие источники нейтронов можно сравнить с передовыми микроскопами, которые позволяют ученым исследовать различные материалы и их свойства вплоть до атомного уровня. Они используются во всем - от изучения атомных структур, динамики материалов и магнетизма до функций белков. Для высвобождения нейтронов из атомных ядер требуется огромное количество энергии. Когда нейтроны высвобождаются в источнике нейтронов, они должны быть захвачены и направлены к своей мишени, то есть к исследуемому материалу. Для направления и поляризации нейтронов используются специальные зеркала. Они известны как нейтронная оптика. Хотя ESS будет оснащен самым мощным в мире источником нейтронов, количество нейтронов, доступных для экспериментов, будет ограничено. Чтобы увеличить количество нейтронов, достигающих приборов, требуется улучшенная поляризующая оптика. Это то, чего исследователи из Университета Линчепинга в настоящее время достигли, улучшив нейтронную оптику по нескольким важным пунктам для повышения эффективности.
|
|
|
"Наши зеркала обладают лучшей отражательной способностью, что увеличивает количество нейтронов, достигающих своей цели. Зеркало также может гораздо лучше поляризовать нейтроны с одинаковым спином, что важно для поляризованных экспериментов", - говорит Антон Зубайер, докторант кафедры физики, химии и биологии и ведущий автор статьи Science Advances. Он продолжает: "Кроме того, поскольку для этого больше не требуется большой магнит, зеркало можно разместить ближе к образцам или другому чувствительному оборудованию, не затрагивая сами образцы, что, в свою очередь, позволяет проводить новые типы экспериментов. Кроме того, мы также уменьшили диффузное рассеяние, что означает, что мы можем уменьшить фоновый шум при измерениях". Зеркала изготавливаются на кремниевой подложке. С помощью процесса, называемого магнетронным напылением, можно нанести на подложку выбранные элементы. Этот процесс позволяет нанести на нее несколько тонких пленок друг на друга, т.е. многослойную пленку.
|
|
|
|
В этом случае используются пленки железа и кремния, смешанные с обогащенным изотопами карбидом бора. Если толщина слоя имеет тот же порядок величины, что и длина волны нейтрона, и граница раздела между слоями очень гладкая, нейтроны могут выходить из зеркала в фазе друг с другом, обеспечивая высокую отражательную способность. Фредрик Эрикссон считает, что каждый нейтрон ценен, и каждое небольшое улучшение эффективности нейтронной оптики ценно для улучшения экспериментов. "Увеличение числа нейтронов, а также отражение более высоких энергий нейтронов открывают возможности для новаторских экспериментов и революционных открытий в таких дисциплинах, как физика, химия, биология и медицина", - говорит Фредрик Эрикссон. Нейтронный анализ использует способность нейтронов вести себя как волна и как частица. Эти нейтроны, в свою очередь, могут иметь два разных спина. Главным образом для магнитных исследований важно иметь возможность использовать поляризованные нейтроны, то есть нейтроны только с одним определенным спином.
|
|
|
|
Источник
|
