Gli specchi neutronici avanzati possono incrementare l’efficienza dell’analisi dei materiali nelle fonti di neutroni come l’European Spallation Source (ESS), attualmente in costruzione nei pressi di Lund, in Svezia. Questo specchio migliorato è stato sviluppato dai ricercatori dell’Università di Linköping, che hanno rivestito una lastra di silicio con strati estremamente sottili di ferro e silicio mescolati con carburo di boro. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
Fredrik Eriksson, ricercatore presso la Divisione di Fisica dei Film Sottili dell’Università di Linköping, afferma: “Invece di aumentare la potenza della fonte di neutroni, che è estremamente costoso, è meglio concentrarsi sul miglioramento dell’ottica.”
I neutroni, insieme ai protoni, formano i nuclei atomici. A seconda del numero di neutroni in un nucleo, le proprietà dell’elemento possono variare. Inoltre, i neutroni possono essere utilizzati per analizzare diversi materiali a un livello molto dettagliato, attraverso un metodo chiamato scattering neutronico.
Queste misurazioni vengono effettuate in laboratori di ricerca specializzati chiamati fonti di neutroni. Uno di questi laboratori è l’ESS, un investimento di 2 miliardi di euro.
L’ESS e altre fonti di neutroni possono essere paragonate a microscopi avanzati che consentono agli scienziati di indagare vari materiali e le loro proprietà fino al livello atomico. Vengono utilizzati in tutto, dallo studio delle strutture atomiche, alla dinamica dei materiali, al magnetismo, fino alle funzioni delle proteine.
Per rilasciare i neutroni dai nuclei atomici è necessaria una quantità enorme di energia. Una volta rilasciati nella fonte di neutroni, devono essere catturati e diretti verso il loro obiettivo, ovvero il materiale da indagare. Per dirigere e polarizzare i neutroni vengono utilizzati specchi speciali, noti come ottica neutronica.
Sebbene l’ESS avrà la fonte 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, è necessaria un’ottica polarizzante migliorata. Questo è ciò che i ricercatori dell’Università di Linköping hanno ora ottenuto migliorando l’ottica neutronica su diversi punti importanti per aumentare l’efficienza.
Anton Zubayer, dottorando presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia e autore principale dell’articolo pubblicato su Science Advances, spiega: “I nostri specchi hanno una riflettanza migliore, che aumenta il numero di neutroni che raggiungono il loro obiettivo. Lo specchio può anche polarizzare i neutroni nello stesso spin molto meglio, il che è importante per gli esperimenti polarizzati.”
Gli specchi sono fabbricati su un substrato di silicio. Attraverso un processo chiamato sputtering magnetronico, è possibile rivestire il substrato con elementi selezionati. Questo processo consente di rivestirlo con diversi film sottili uno sopra l’altro, ovvero un film multistrato. In questo caso, vengono utilizzati film di ferro e silicio, mescolati con carburo di boro arricchito di isotopi. 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, ottenendo una riflettività elevata.