Reflectometría de neutrones

La reflectometría de neutrones surgió como un nuevo campo en la década de 1980, tras el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante en películas multicapa acopladas antiferromagnéticamente.^[2]

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La técnica consiste en hacer brillar un haz de collimado con un alto contenido de neutrones sobre una superficie extremadamente plana, y medir la intensidad de la radiación reflejada en función del ángulo o la longitud de onda del neutrón. La forma exacta del perfil de reflectividad proporciona información detallada sobre la estructura de la superficie, incluido el espesor, la densidad y la rugosidad de cualquier película delgada colocada sobre el sustrato.

La reflectometría de neutrones se realiza con mayor frecuencia en el modo de imagen especular, donde el ángulo del haz incidente es igual al ángulo del haz reflejado. La reflexión generalmente se describe en términos de transferencia vectorial de cantidad de movimiento, denotada como ${\displaystyle q_{z}}$, que describe el cambio en el momento de un neutrón después de reflejarse en el material. Convencionalmente, la dirección ${\displaystyle z}$ se define como la dirección normal a la superficie y, para la reflexión especular, el vector de dispersión tiene solo una componente ${\displaystyle z}$. Un gráfico típico de reflectometría de neutrones muestra la intensidad reflejada (en relación con el haz incidente) en función del vector de dispersión:

${\displaystyle q_{z}={\frac {4\pi }{\lambda }}\sin(\theta )}$

donde ${\displaystyle \lambda }$ es la longitud de onda del neutrón y ${\displaystyle \theta }$ es el ángulo de incidencia. El formalismo matricial de Abeles o de Parratt recursivo se puede utilizar para calcular la señal especular que surge de la interfaz.

La reflectometría fuera del campo especular da lugar a dispersión difusa e implica transferencia de momento dentro de la capa, y se utiliza para determinar correlaciones laterales dentro de las capas, como las que surgen de dominios magnéticos o de la rugosidad correlacionada en el plano.

La longitud de onda de los neutrones utilizados para medir la reflectividad suele ser del orden de 0,2 a 1 nm (2 a 10 Å). Esta técnica requiere una fuente de neutrones, que puede ser un reactor de investigación o una fuente de espalación (basada en un acelerador de partículas). Como todas las técnicas de dispersión de neutrones, la reflectometría de neutrones es sensible al contraste que surge de diferentes núcleos (en comparación con la densidad de electrones, que se mide con la dispersión de rayos X). Esto permite que la técnica diferencie entre varios isótopos de elementos. La reflectometría de neutrones mide la densidad longitud de dispersión de neutrones (SLD) y se puede utilizar para calcular con precisión la densidad del material si se conoce la composición atómica.