ニューヨーク州バッファロー – 物理学において、バッファロー大学や国立標準技術研究所（NIST）の科学者を含むチームは、中性子のビームを曲線で移動させる方法を作成しました。
これらの風通しの良いビーム（英語の科学者ジョージエアリーにちなんで名付けられました）は、カスタムビルドデバイスを使用して作成したが、医薬品から香水、香水に至るまでの材料に関する有用な情報を明らかにする中性子の能力を高めることができます。
「私たちはしばらくの間、これらの奇妙で自発的な波のパターンについて知っていましたが、今まで、誰も中性子を作ったことはありませんでした」と、Nistの紙の著者の一人であるNistのMichael Huberは言いました。 「これにより、中性子ビームを制御するまったく新しい方法が開かれます。これにより、内部の材料を見たり、物理学の大きな質問を探求したりするのに役立ちます。」
調査結果を発表する研究は、今日の（4月17日）号に掲載されています 物理的なレビューレター。チームは、UB College of Arts and Sciencesの物理学助教授であるDusan Sarenac博士が率いていました。
カナダのウォータールー大学の量子コンピューティング研究所（IQC）の共著者は、風通しの良いビームの作成に役立つカスタムデバイスを構築しました。このチームには、メリーランド大学、オークリッジ国立研究所、スイスのポールシェラー研究所、ハインツマイアーレイブニッツゼントラムのドイツのユリッヒ科学センターの科学者も含まれます。
放物線型のパスに続くことに加えて、風通しの良い梁は、直観を無視できる他の方法で動作します。典型的な懐中電灯ビームとは異なり、彼らは旅行中に広がりません。彼らは「自己修復」の能力さえ持っています。つまり、障害物がビームの一部をブロックした場合、ビームの残りの部分は障害物を通過した後に元の形状を再生します。
そのため、研究者は回折格子アレイをカスタムで構築しました。これは、鉛筆消しゴムの頭の大きさのシリコンの正方形で、小さなラインで得点しました。これらのラインは、1マイクロメートルを1マイクロメートル以上に配置し、互いに正確な距離で分離し、中性子の通常のビームを風通しの良いビームに分割することができます。
シリコンをひっくり返すというアイデアは原則としてシンプルですが、風通しの良いビームを生成するために傷を並べる方法を理解するだけではありません。
「アレイの正しい寸法を把握するのに何年もの仕事が必要でした」と、ウォータールー大学のIQC教員で教授の共著者Dmitry Pushin氏は述べています。 「ウォータールー大学のナノファブリケーション施設で格子を彫るのに約48時間しか必要でしたが、それ以前は、ポスドクの仲間の準備に何年もかかりました。」
中性子エアリービームは、中性子イメージング施設がよりよく見られるのを助ける可能性がある、とフーバーは言った。これらは、スキャンの解像度を増やしたり、異なる焦点スポットを作成してオブジェクトの特定の部分をよりよく見るのに役立ち、中性子散乱や中性子回折などの一般的に使用されるイメージング技術を改善します。
最も食欲をそそる可能性の1つは、中性子風通しの良いビームと別のタイプの中性子ビームを組み合わせる方法を見つけることだとヒューバーは言いました。
「中性子ビームを組み合わせることで、風通しの良いビームの有用性を拡大できると思います」とサレナックは言いました。 「誰かが物理学や物質的な用途に合わせて風通しの良い梁を望むなら、彼らは私たちのテクニックを微調整して手に入れることができます。」
たとえば、科学者は中性子風通しのようなビームとニュートロンのらせん波を組み合わせるかもしれません。これは、チームが10年前に作成することを学びました。 2つのビームを重ねることで、科学者は材料のキラリティを探索することができます。これは、分子に劇的に異なる特性を持つ可能性のある2つの鏡像形態を持つ「利き手」とよく説明される特徴です。
キラリティを探索して特徴付けるより良い方法は、特定の特性と機能を備えたキラル分子の開発を促進する可能性があり、医薬品、材料科学、化学物質の製造などの産業に潜在的に革新されます。たとえば、キラル薬物の世界市場は年間2,000億ドルを超えており、キラル触媒技術は多くの化学製品の製造を支えています。
カイラリティは、量子コンピューティングやスピントロニクスなどのその他の最先端の電子アプリケーションにとっても重要性が高まっています。
「材料のキラリティは、電子がどのように回転するかに影響を与える可能性があり、情報の保存と処理のためにスピン偏光電子を使用できます」とHuber氏は言います。 「それを制御することは、量子コンピューターの構成要素を形成するQubitsを操作するのにも役立ちます。中性子風通しの良いビームは、これらの機能を備えた素材をはるかに効果的に探索するのに役立ちます。」
#湾曲した中性子ビームは産業に直接利益をもたらす可能性があります