Specchi neutronici migliorati possono aumentare l’efficienza dell’analisi dei materiali nelle sorgenti di neutroni come l’ESS, che è in costruzione fuori Lund.
Lo specchio migliorato è stato sviluppato dai ricercatori dell’Università di Linköping rivestendo una piastra di silicio con strati estremamente sottili di ferro e silicio mescolati con carburo di boro. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Jens Birch, Fredrik Eriksson, Anton Zubayer e Naureen Gahfoor sono alcuni dei ricercatori dietro lo studio ora pubblicato su Science Advances. Credito immagine: Olov Planthaber/Università di Linköping
“Invece di aumentare la potenza della sorgente di neutroni, che è estremamente costosa, è meglio concentrarsi sul miglioramento dell’ottica”, afferma Fredrik Eriksson, ricercatore presso la divisione di fisica dei film sottili dell’Università di Linköping.
Insieme ai protoni, i neutroni formano i nuclei atomici. A seconda del numero di neutroni in un nucleo, le proprietà dell’elemento possono differire. Inoltre, i neutroni possono essere utilizzati anche per analizzare diversi materiali a un livello molto dettagliato. Questo metodo è chiamato scattering di neutroni.
Scienza dei materiali avanzata
Tali misurazioni vengono effettuate in speciali laboratori di ricerca sui neutroni chiamati sorgenti di neutroni. Uno di questi laboratori, l’European Spallation Source, o ESS, è ora in costruzione fuori Lund. Si tratta di un investimento di 2 miliardi di euro.
Fredrik Eriksson spiega come funzionano le misurazioni della riflettività. Credito immagine: Olov Planthaber/Università di Linköping
L’ESS e altre fonti di neutroni possono essere paragonati a microscopi avanzati che consentono agli scienziati di studiare vari materiali e le loro proprietà fino al livello atomico. Sono utilizzati in tutto, dallo studio delle strutture atomiche, della dinamica dei materiali e del magnetismo, alle funzioni delle proteine.
Richiede enormi quantità di energia affinché i neutroni vengano rilasciati dai nuclei atomici. Quando i neutroni vengono rilasciati nella sorgente di neutroni, devono essere catturati e diretti verso il loro bersaglio, cioè il materiale da indagare. Specchi speciali vengono utilizzati per dirigere e polarizzare i neutroni. Questi sono noti come ottica neutronica.
Ottica polarizzante
Sebbene l’ESS disporrà della sorgente di neutroni più potente al mondo, il numero di neutroni disponibili negli esperimenti sarà limitato. Per aumentare il numero di neutroni che raggiungono gli strumenti, sono necessarie ottiche polarizzanti migliorate. Questo è qualcosa che i ricercatori dell’Università di Linköping sono riusciti a ottenere migliorando l’ottica dei neutroni su diversi punti importanti per aumentarne l’efficienza.
“I nostri specchi hanno una migliore riflettanza, che aumenta il numero di neutroni che raggiungono il loro bersaglio. Lo specchio può anche polarizzare molto meglio i neutroni nello stesso spin, il che è importante per gli esperimenti polarizzati”, afferma Anton Zubayer, dottorando presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia e autore principale dell’articolo pubblicato su Science Advances.
Lui continua:
“Inoltre, poiché ciò non richiede più un grande magnete, lo specchio può essere posizionato più vicino ai campioni o ad altre apparecchiature sensibili senza influenzare i campioni stessi, il che a sua volta consente nuovi tipi di esperimenti. Inoltre, abbiamo anche ridotto la diffusione diffusa, il che significa che possiamo ridurre il rumore di fondo nelle misurazioni.”
Alta riflettività
Gli specchi sono realizzati su un substrato di silicio. Attraverso un processo chiamato magnetron sputtering, è possibile rivestire il substrato con elementi selezionati. Questo processo consente di rivestirlo con più pellicole sottili sovrapposte, ovvero una pellicola multistrato. In questo caso vengono utilizzati film di ferro e silicio, miscelati con carburo di boro arricchito isotopico. Se lo spessore degli strati è dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d’onda dei neutroni e l’interfaccia tra gli strati è molto liscia, i neutroni possono uscire dallo specchio in fase tra loro, conferendo un’elevata riflettività.
Fredrik Eriksson ritiene che ogni neutrone sia prezioso e che ogni piccolo miglioramento nell’efficienza dell’ottica neutronica sia prezioso per migliorare gli esperimenti.
“Aumentando il numero di neutroni e riflettendo anche energie neutroniche più elevate, si aprono opportunità per esperimenti pionieristici e scoperte rivoluzionarie in discipline tra cui fisica, chimica, biologia e medicina”, afferma Fredrik Eriksson.
Lo studio è stato finanziato dal Consiglio svedese delle ricerche, dall’Accademia reale svedese delle scienze ingegneristiche, dall’Accademia reale svedese delle scienze, dalla Fondazione Hans Werthén, dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg, dalla Fondazione svedese per la ricerca strategica e attraverso il programma strategico del governo svedese investimento in nuovi materiali funzionali, AFM, presso l’Università di Linköping.
Fatti: L’analisi dei neutroni sfrutta la capacità dei neutroni di comportarsi sia come un’onda che come una particella. Questi neutroni, a loro volta, possono avere due spin diversi. Per gli studi magnetici è importante soprattutto poter utilizzare neutroni polarizzati, cioè neutroni con un solo spin specifico.
Articolo: Ottica per neutroni amorfi riflettente, polarizzante e magneticamente morbida con 11B arricchito con B4C; Anton Zubayer, Naureen Ghafoor, Kristbjörg Anna Thórarinsdóttir, Sjoerd Stendahl, Artur Glavic, Jochen Stahn, Gyula Nagy, Grzegorz Greczynski, Matthias Schwartzkopf, Arnaud Le Febvrier, Per Eklund, Jens Birch, Fridrik Magnus, Fredrik Eriksson; Progressi scientifici 2024 pubblicato online il 14 febbraio 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adl0402
Scritto da Anders Törneholm
Fonte: Università di Linköping
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
