Espelhos de nêutrons aprimorados podem aumentar a eficiência da análise de materiais em fontes de nêutrons, como a Fonte Europeia de Espalação. O espelho melhorado foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Linköping revestindo uma placa de silício com camadas extremamente finas de ferro e silício misturadas com carboneto de boro. O estudo foi publicado na revista Science Advances .



“Em vez de aumentar a potência da fonte de nêutrons, que é extremamente cara, é melhor focar na melhoria da óptica”, diz Fredrik Eriksson, pesquisador da Divisão de Física de Filmes Finos da Universidade de Linköping.

Juntamente com os prótons, os nêutrons formam núcleos atômicos. Dependendo do número de nêutrons em um núcleo, as propriedades do elemento podem diferir. Além disso, os nêutrons também podem ser usados ​​para analisar diferentes materiais em um nível muito detalhado. Este método é chamado de espalhamento de nêutrons.

Essas medições são realizadas em laboratórios especiais de pesquisa de nêutrons, chamados fontes de nêutrons. Um desses laboratórios, o European Spallation Source, ou ESS, está agora a ser construído nos arredores de Lund. Trata-se de um investimento de 2 mil milhões de euros.

O ESS e outras fontes de nêutrons podem ser comparados a microscópios avançados que permitem aos cientistas investigar vários materiais e suas propriedades até o nível atômico. Eles são usados ​​em tudo, desde o estudo de estruturas atômicas, dinâmica de materiais e magnetismo até funções de proteínas.

São necessárias enormes quantidades de energia para que os nêutrons sejam liberados dos núcleos atômicos. Quando os nêutrons são liberados na fonte de nêutrons, eles devem ser capturados e direcionados ao seu alvo, ou seja, o material a ser investigado. Espelhos especiais são usados ​​para direcionar e polarizar os nêutrons. Eles são conhecidos como óptica de nêutrons.

Embora o ESS tenha a fonte de nêutrons mais poderosa do mundo, o número de nêutrons disponíveis nos experimentos será limitado. Para aumentar o número de nêutrons que atingem os instrumentos, são necessárias ópticas de polarização aprimoradas. Isto é algo que os investigadores da Universidade de Linköping conseguiram agora, melhorando a óptica de neutrões em vários pontos importantes para aumentar a eficiência.

"Nossos espelhos têm melhor refletância, o que aumenta o número de nêutrons que atingem seu alvo. O espelho também pode polarizar muito melhor os nêutrons no mesmo spin, o que é importante para experimentos polarizados, "diz Anton Zubayer, estudante de doutorado no Departamento de Física, Química e Biologia e autor principal do Science Advances artigo.

Ele continua:"Além disso, como isso não requer mais um ímã grande, o espelho pode ser colocado mais próximo das amostras ou de outro equipamento sensível sem afetar as próprias amostras, o que por sua vez permite novos tipos de experimentos. Além disso, também reduzimos o espalhamento difuso, o que significa que podemos reduzir o ruído de fundo nas medições."

Os espelhos são fabricados em substrato de silício. Através de um processo denominado pulverização catódica por magnetron, é possível revestir o substrato com elementos selecionados. Este processo permite revesti-lo com vários filmes finos uns sobre os outros, ou seja, um filme multicamadas.

Neste caso, são utilizados filmes de ferro e silício, misturados com carboneto de boro enriquecido isotópico. Se as espessuras das camadas forem da mesma ordem de grandeza que o comprimento de onda dos nêutrons, e a interface entre as camadas for muito suave, os nêutrons podem sair do espelho em fase uns com os outros, proporcionando uma alta refletividade.

Fredrik Eriksson acredita que cada nêutron é precioso e cada pequena melhoria na eficiência da óptica de nêutrons é valiosa para melhorar os experimentos.

“Ao aumentar o número de nêutrons e também refletir energias de nêutrons mais altas, abrem-se oportunidades para experimentos pioneiros e descobertas inovadoras em disciplinas como física, química, biologia e medicina”, diz Fredrik Eriksson.

A análise de nêutrons utiliza a capacidade dos nêutrons de se comportarem tanto como onda quanto como partícula. Esses nêutrons, por sua vez, podem ter dois spins diferentes. É importante principalmente para estudos magnéticos poder usar nêutrons polarizados, ou seja, nêutrons com apenas um spin específico.

Mais informações: Anton Zubayer et al, Óptica de nêutrons amorfos reflexivos, polarizadores e magneticamente macios com B 4 C enriquecido com 11 B, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl0402
Fornecido pela Universidade de Linköping