| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
| Инфраструктура |
| Нейтронные объекты |
Нейтронная рефлектометрия - это метод нейтронной дифракции для измерения структуры тонких пленок , аналогичный часто дополняющим методам отражательной способности рентгеновских лучей и эллипсометрии . Этот метод дает ценную информацию по широкому кругу научных и технологических приложений, включая химическую агрегацию, адсорбцию полимеров и поверхностно-активных веществ , структуру тонкопленочных магнитных систем, биологические мембраны и т. Д.
История [ править ]
Рефлектометрия нейтронов возникла как новая область в 1980-х годах после открытия гигантского магнитосопротивления в многослойных пленках с антиферромагнитной связью. [1]
Техника [ править ]
Этот метод включает в себя направление сильно коллимированного пучка нейтронов на чрезвычайно плоскую поверхность и измерение интенсивности отраженного излучения в зависимости от угла или длины волны нейтронов. Точная форма профиля отражательной способности предоставляет подробную информацию о структуре поверхности, включая толщину, плотность и шероховатость любых тонких пленок, нанесенных на подложку.
Нейтронная рефлектометрия чаще всего выполняется в режиме зеркального отражения , когда угол падающего луча равен углу отраженного луча. Отражение обычно описывается в терминах импульса переноса вектора , обозначаемой , которое описывает изменение импульса нейтрона после отражения от материала. Обычно направление определяется как направление, нормальное к поверхности, а для зеркального отражения вектор рассеяния имеет только -компоненту. Типичный график нейтронной рефлектометрии отображает отраженную интенсивность (относительно падающего луча) как функцию вектора рассеяния:
где - длина волны нейтрона , - угол падения. Матричный формализм Абелесы или рекурсия Parratt может быть использована для вычисления зеркального сигнала , возникающий из интерфейса.
Рефлектометрия вне зеркала приводит к диффузному рассеянию и включает передачу импульса внутри слоя и используется для определения латеральных корреляций внутри слоев, например, возникающих из магнитных доменов или коррелированной шероховатости в плоскости.
Длина волны нейтронов, используемых для отражательной способности, обычно составляет от 0,2 до 1 нм (от 2 до 10 Å ). Для этого метода требуется источник нейтронов , который может быть либо исследовательским реактором, либо источником расщепления (на основе ускорителя частиц ). Как и все методы рассеяния нейтронов , нейтронная рефлектометрия чувствительна к контрасту, возникающему от различных ядер (по сравнению с электронной плотностью, которая измеряется при рассеянии рентгеновских лучей). Это позволяет метод , чтобы различать различные изотопы из элементов . Нейтронная рефлектометрия измеряет длину рассеяния нейтронов.плотность (SLD) и может использоваться для точного расчета плотности материала, если известен атомный состав.
Сравнение с другими методами рефлектометрии [ править ]
Хотя другие методы отражательной способности (в частности, оптическая отражательная способность, рентгеновская рефлектометрия) работают с использованием тех же общих принципов, нейтронные измерения имеют ряд преимуществ. В частности, поскольку этот метод исследует ядерный контраст, а не электронную плотность, он более чувствителен для измерения некоторых элементов, особенно более легких элементов ( водород , углерод , азот , кислород и т. Д.). Чувствительность к изотопам также позволяет значительно (и выборочно) повысить контраст для некоторых систем, представляющих интерес, с использованием изотопного замещения, и для решения фазовой проблемы можно использовать несколько экспериментов, которые отличаются только изотопным замещением.это общее для методов рассеяния. Наконец, нейтроны обладают высокой проникающей способностью и, как правило, не вызывают возмущений: что обеспечивает большую гибкость в условиях окружающей среды для образцов и использование чувствительных материалов для образцов (например, биологических образцов). Напротив, рентгеновское облучение может повредить некоторые материалы, а лазерный свет может изменить некоторые материалы (например, фоторезисты ). Кроме того, оптические методы могут включать неоднозначность из-за оптической анизотропии ( двойного лучепреломления ), которую могут разрешить дополнительные нейтронные измерения. Двойная поляризационная интерферометрия- это один из оптических методов, который обеспечивает результаты, аналогичные нейтронной рефлектометрии, при сопоставимом разрешении, хотя лежащая в основе математическая модель несколько проще, то есть с ее помощью можно получить толщину (или двойное лучепреломление ) только для однородной плотности слоя.
К недостаткам нейтронной рефлектометрии относятся более высокая стоимость необходимой инфраструктуры, тот факт, что некоторые материалы могут стать радиоактивными при воздействии луча, и нечувствительность к химическому состоянию составляющих атомов. Более того, относительно более низкий поток и более высокий уровень фона метода (по сравнению с отражательной способностью рентгеновских лучей) ограничивают максимальное значение, которое может быть исследовано (и, следовательно, разрешение измерения).
Ссылки [ править ]
- ^ Даллиант, Джин; Жибо, Ален, ред. (2009). Рентгеновское и нейтронное отражение . Конспект лекций по физике. 770 . Берлин Гейдельберг: Springer. п. 183. ISBN. 9783540885870.
Внешние ссылки [ править ]
- Каталог нейтронных рефлектометров на сайте www.reflectometry.net
- Каталог программного обеспечения для анализа данных на сайте www.reflectometry.net
