改良後的中子反射鏡可以提高中子源的材料分析效率，例如正在瑞典隆德郊外建造的歐洲濺射源。林雪平大學（Linköping University）的研究人員透過在矽板上塗上極薄的鐵和矽混合碳化硼層，開發了改良型中子反射鏡。他們的研究發表在《科學進展》（Science Advances）期刊。

林雪平大學薄膜物理學部研究員Fredrik Eriksson 說：”與其提高中子源的功率（這是非常昂貴的），不如專注於改進光學技術。”

中子與質子一起構成原子核。根據原子核中子數的不同，元素的性質也會不同。此外，中子也可用於對不同材料進行非常細緻的分析。這種方法稱為中子散射。

這種測量在被稱為中子源的特殊中子研究實驗室進行。歐洲中子源（ESS）就是這樣一個實驗室，目前正在隆德郊外建造。該項目投資20 億歐元。

ESS和其他中子源可以比喻為先進的顯微鏡，讓科學家能夠研究各種材料及其特性，直到原子級。從研究原子結構、材料動力學、磁性到蛋白質功能，它們被廣泛應用於各種領域。

中子從原子核釋放出來需要巨大的能量。當中子在中子源中釋放出來時，它們必須被捕捉並被引向目標，也就是要研究的材料。特殊的反射鏡用於引導和偏振中子。這些被稱為中子光學。

儘管ESS 將擁有世界上最強大的中子源，但實驗中可用的中子數量有限。為了增加到達儀器的中子數量，需要改進偏振光學。林雪平大學的研究人員透過在幾個重要點上改進中子光學技術來提高效率，現在已經實現了這一目標。

林雪平大學博士生Anton Zubayer 觀察磁控濺鍍過程。圖片來源：Olov Planthaber

「我們的鏡子具有更好的反射率，從而增加了到達目標的中子數量。」物理、化學和生物系博士生兼《科學進展》（Science Advances）上發表的這篇文章的第一作者安東-祖拜爾（Anton Zubayer）說：”鏡子還能更好地將中子極化為相同的自旋，這對極化實驗非常重要。”

他繼續說：”同時，由於不再需要大型磁鐵，鏡子可以放置在離樣品或其他敏感設備更近的地方，而不會影響樣品本身，這反過來又使新型實驗成為可能。此外，我們還減少了漫散射，這意味著我們可以降低測量中的背景噪音。”

技術創新與未來展望

反射鏡是在矽基板上製造的。透過一種稱為磁控濺射的工藝，可以在基片上鍍上選定的元素。這種製程可以在基板上鍍上多層薄膜，即多層膜。在這種情況下，可以使用鐵和矽薄膜，並與同位素富集的碳化硼混合。如果各層的厚度與中子波長的數量級相同，且各層之間的界面非常光滑，那麼中子就能以相位相交的方式從鏡面射出，從而產生高反射率。

林雪平大學物理、化學和生物系副教授Fredrik Eriksson 和博士生Anton Zubayer。圖片來源：Olov Planthaber

弗雷德里克-埃里克森認為，每一個中子都是寶貴的，中子光學效率的每一點提高都對改進實驗非常有價值：”通過增加中子的數量和反映更高的中子能量，為包括物理學、化學、生物學和醫學在內的各個學科的開創性實驗和突破性發現提供了機會。”

事實中子分析利用了中子既能像波又能像粒子的特性。反過來，這些中子可以有兩種不同的自旋。能夠使用極化中子（即只有一種特定自旋的中子）主要對磁性研究非常重要。

編譯自: ScitechDaily