Новости науки15.02.02. Получение пучков когерентных нейтронных волн
субмикронных размеров.
Вследствие электрической нейтральности нейтроны
представляют собой очень удобный инструмент физических исследований. В
настоящее время быстро развивается нейтронная оптика, позволяющая работать с
нейтронными пучками малых размеров. Недавно группе французских и немецких
ученых удалось получить пучки когерентных нейтронов субмикронных размеров,
используя тонкопленочные волноводы.
В физических исследованиях используются нейтроны различных энергий (и,
соответственно, с различными длинами волны де Бройля) - от "быстрых" до
"ультрахолодных". Для структурных исследований необходимы достаточно
низкоэнергетичные нейтроны с длиной волны порядка межатомных расстояний. В
связи с бурным развитием технологии наноструктур, а также биотехнологии
возникает потребность в получении пучков когерентных нейтронов с
субмикронными размерами, которые могут быть использованы как для
фазово-контрастной проекционной микроскопии, так и для микроинтерферометрии.
Однако получение таких пучков с помощью щелей либо фокусирующей нейтронной
оптики по ряду причину затруднено. Французские и немецкие ученые
использовали для получения пучков когерентных нейтронов волноводную технику
[1], подобную разработанной недавно для рентгеновских лучей.
Рис.1. Схематическое изображение тонкопленочного нейтронного
волновода. Падающий нейтронный пучок отражается от поверхности
зеркально; при определенных углах падения ai в
структуре возбуждаются волноводные моды
Волновод для нейтронов (рис.1) представляет собой пленку (толщиной 20 -
500 нм) материала (например, графита), характеризующегося относительно малой
интенсивностью рассеяния нейтронов, помещенную между относительно тонкой
(3 - 10 нм) и относительно толстой (50 - 100 нм) пленками материала
(напримр, никеля), характеризующегося большей интенсивностью рассеяния
нейтронов (чем более интенсивно происходит рассеяние нейтронов в материале,
тем ниже его показатель преломления для нейтронной волны). Если на такую
структуру под определенным углом падает пучок нейтронов, то в волноводной
структуре возникает резонансная связанная мода; структура служит когерентным
фильтром и на выходе мы должны получить нейтронный пучок с размерами,
определяемыми размерами структуры, и существенно увеличившейся длиной
когерентности. В проведенных в Гренобле экспериментах на волноводные структуры под малым
(десятые доли градуса) углом падал предварительно прошедший через
монохроматор на основе пиролитического графита (длина волны де Бройля 0.44
нм, Dl/l = 0.7 %) пучок нейтронов с
размерами 20 мм x 0.5 мм. Измерения дифракционной картины для выходящего из
волновода нейтронного пучка, выполненные с очень высоким разрешением
(угловое разрешение детектора - 0.02o), показали, что длина
когерентности для нейтронных волн увеличивается более чем в десять раз.
Таким образом, с помощью тонкопленочных волноводов удается реализовать
линейный (размер пучка в плоскости структуры в несколько раз превышает
поперечный размер) источник когерентных нейтронов, поперечное сечение
получаемого нейтронного пучка лежит в субмикронном диапазоне. Исследователи
надеются, что в будущем станет возможной и создание эффективных двумерных
фокусирующих приборов, позволяющих работать с наноразмерными нейтронными
пучками. 1. F.Pfeiffer, V.Leiner, P.Hoghoj, and I.Anderson. Phys.Rev.Lett.,
v.88, 055507 (2002).
|