중성자반사측정법

중성자 반사측정법은 박막 구조를 측정하기 위한 중성자 회절 기법으로, 흔히 X선 반사율과 타원 측정의 보완 기법과 유사하다. 이 기술은 화학적 집적, 폴리머 및 계면활성제 흡착, 박막 자기계통의 구조, 생물학적 막 등을 포함한 다양한 과학 및 기술 용도에 걸쳐 귀중한 정보를 제공한다.

역사

중성자 반사광은 반자성 결합 다층 필름에서 거대한 자기저항이 발견된 이후 1980년대에 새로운 분야로 부상했다.^[1]

테크닉

이 기법은 매우 평평한 표면에 고도로 시준된 중성자 빔을 비추고 각도 또는 중성자 파장의 함수로서 반사된 방사선의 강도를 측정하는 것을 포함한다. 반사율 프로필의 정확한 모양은 기판에 층을 이루는 박막의 두께, 밀도, 거칠기 등 표면 구조에 대한 자세한 정보를 제공한다.

중성자 반사측정법은 입사빔의 각도가 반사빔의 각도와 동일한 규격 반사모드에서 이루어지는 경우가 가장 많다. 반사는 일반적으로 $q_{z}$ $q_{z}$ ${\$ 로 표시된 모멘텀 전달 벡터의 관점에서 설명되며 $q_{z}$ 이 내용은 재료에서 반사된 후 중성자의 모멘텀의 변화를 설명한다. 일반적으로 $z$ $z$ 방향은 $z$ 표면에 정상적인 방향으로 정의되며, 규격 반사의 경우 산란 벡터에는 $z$ {\ $displaystyle$ z} - 성분만 $z$ 있다. 일반적인 중성자 반사 측정 그림은 산란 벡터의 함수로 반사 강도(사건 빔에 상대적)를 표시한다.

q_{z}={\frac {4\pi }{\\frac }{\buffda }}}\sin(\theta )

여기서 $\lambda$ $\lambda$ 은 $\lambda$ (는) 중성자 파장이고, $\theta$ {\ $displaystyle \theta }$ 은 $\theta$ (는) 입사각이다. 아벨 매트릭스 형식주의 또는 Parratt 재귀론은 인터페이스에서 발생하는 규격 신호를 계산하는 데 사용될 수 있다.

비규격 반사 측정은 산란 분산을 야기하고 층 내의 운동량 전달을 수반하며, 자기 영역 또는 평면 내 상관 거칠기에서 발생하는 것과 같은 층 내의 횡방향 상관 관계를 결정하는 데 사용된다.

반사율에 사용되는 중성자의 파장은 일반적으로 0.2~1nm(2~10 10)의 순서로 되어 있다. 이 기법에는 중성자 선원이 필요하며, 중성자 선원은 연구용 원자로일 수도 있고 (입자 가속기에 근거한) 첨삭 선원이 될 수도 있다. 모든 중성자 산란 기법과 마찬가지로 중성자 반사측정법도 서로 다른 핵에서 발생하는 대조도에 민감하다(X선 산란으로 측정되는 전자 밀도와 비교했을 때). 이를 통해 원소의 다양한 동위원소를 구별할 수 있다. 중성자 반사측정법은 중성자 산란 길이 밀도(SLD)를 측정하며 원자 성분이 알려진 경우 재료 밀도를 정확하게 계산하는 데 사용할 수 있다.

다른 반사측정 기법과 비교

다른 반사율 기법(특히 광학적 반사율, X선 반사계)은 동일한 일반 원리를 사용하여 작동하지만, 중성자 측정은 몇 가지 유의한 방법으로 유리하다. 가장 주목할 만한 것은 이 기술이 전자 밀도보다는 핵 대비를 탐사하기 때문에 일부 원소, 특히 가벼운 원소(수소, 탄소, 질소, 산소 등)를 측정하는 데 더 민감하다는 점이다. 동위원소에 대한 민감도 또한 동위원소 치환법을 사용하여 일부 관심 시스템에 대해 대비를 크게(그리고 선택적으로) 향상시킬 수 있으며, 동위원소 치환에 의해서만 다른 복수의 실험을 사용해 산란 기법에 일반적인 위상 문제를 해결할 수 있다. 마지막으로 중성자는 침투성이 높고 전형적으로 동요하지 않으며, 이는 샘플 환경에서 매우 유연하고 섬세한 샘플 재료(예: 생물학적 샘플)의 사용을 가능하게 한다. 이와는 대조적으로 X선 노출은 일부 물질을 손상시킬 수 있으며 레이저 광선은 일부 물질(예: 광자기술)을 변형시킬 수 있다. 또한 광학 기법에는 보완 중성자 측정으로 해결할 수 있는 광학 음이소트로피(birefringence)로 인한 모호성이 포함될 수 있다. 이중 편광 간섭계측법은 기초 수학 모델이 다소 단순하지만 비교 가능한 분해능으로 중성자 반사계측과 유사한 결과를 제공하는 광학 방법 중 하나이다. 즉, 균일한 층 밀도에 대한 두께(또는 이단성)만 도출할 수 있다.

중성자 반사 측정의 단점으로는 필요한 기반시설의 높은 비용, 빔에 노출되면 방사성 물질이 될 수 있다는 사실, 구성 원자의 화학적 상태에 대한 불감증이 있다. 더욱이 비교적 낮은 유속과 높은 배경(X선 반사율과 비교했을 때)으로 인해 프로빙이 가능한 $q_{z}$ $q_{z}$ $q_{z}$ ${\$ 의 최대값이 제한된다(따라서 측정 분해능).

참조

^ Dalliant, Jean; Gibaud, Alain, eds. (2009). X-ray and Neutron Reflectivity. Lecture Notes in Physics. Vol. 770. Berlin Heidelberg: Springer. p. 183. ISBN 9783540885870.

외부 링크

[1] Dalliant, Jean; Gibaud, Alain, eds. (2009). X-ray and Neutron Reflectivity. Lecture Notes in Physics. Vol. 770. Berlin Heidelberg: Springer. p. 183. ISBN 9783540885870.

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