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 a_i 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 - 0.02^o), 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).

перейти к началу страницы