Forskning och infrastruktur inom neutronspridning

Neutronspridning ger unik information inom materialvetenskap. Detta beror på neutronernas höga penetrationsförmåga för många tekniska material samt känsligheten för lätta grundämnen och magnetisk induktion. Neutronernas låga energin (termisk) gör dem dessutom verkligen icke-destruktiva och gör det möjligt att studera långsamma dynamiska processer. Exempel på sådana processer är kvantfysikalisk tunnling, vibrationer och andra excitationer samt diffusion av enstaka molekyler. I vår forskning använder vi neutronspridning för att lösa vetenskapliga utmaningar inom områdena magnetiska material, väte i material och mjuk materia.

Vi är engagerade i utveckling av metoder och instrument och bedriver neutronreflektometern Super ADAM vid Institut Laue-Langevin i Grenoble, Frankrike.

Foto av Super ADAM. Bilden visar ett laboratorium med många vetenskapliga instrument som står i en hylla. Super ADAM ser ut som ett stort rör som vilar ovanpå ställningen. Till vänster syns en annan, mindre hylla med fler instrument. Det finns en hel del kablar.

Super ADAM på Institut Laue-Langevin.

Super ADAM är en neutronreflektometer som drivs som en nationell forskningsinfrastruktur vid ILL. Det övergripande målet med projektet är att tillhandahålla avancerad neutronreflektometri till det svenska forskarsamhället. Super ADAM är mycket väl anpassad för undersökningar av magnetiska tunna filmer samt system av repeterande skikt och används därför för att undersöka bland annat formation av magnetiska domän, magnetiskt beteende hos nanopartiklar och dynamik i mönstrade magnetiska material.

Super Adam bedrivs i en högupplösningsmodus och tillhandahålla då en väl polariserad och monokromatisk (dvs. med en fast våglängd) neutronstråle. Denna modus kompletteras med analys av polarisation efter spridning under olika geometrier. Tunnfilmer med tjocklekar mellan under 1 nanometer och flera hundra nanometer kan studeras i en miljö med temperaturer ner till 2,5 K och i ett magnetfält på upp till 1,1 T. Under dessa förhållanden tar det ungefär 3–4 timmar att mäta två spintillstånd. Med ett högre opolariserat flöde kan man även utföra experiment på gränsytor mellan fast och flytande material. Nyligen har vi installerat en ny instrumentgren, som möjliggör samtidiga mätningar med två instrument och fördubblar strålrörets kapacitet. Den andra grenen, som visas till vänster på bilden, är avsedd för diffraktion på ytan och snabba mätningar med högt neutronflöde. För experimentella förhållanden (temperaturer, magnetfält etc.) som inte kan uppnås med vår egen utrustning har vi tillgång till ILL:s fullständiga utbud av provmiljöer. Mer information om instrumentet kan hittas på ILL:s hemsida.

Super ADAM drivs av Uppsala universitet och finansieras av Vetenskapsrådet. Den drivs inom ramen för Cooperative Research Groups, den grupp av instrument som finns vid ILL men som ägs av externa institutioner. För närvarande fördelas 30% av stråltiden enligt beslut som fattas av ILL:s vetenskapliga kommittéer (=ILL stråltid), medan de återstående 70% fördelas mellan svenska forskare i en konkurrensbaserad ansökningsprocess.

Super ADAM är också värd för ett antal insatser inom utbildning och samverkan som syftar till att främja neutronforskning inom det svenska forskarsamhället och att utbilda nästa generations forskare. Vi stödjer nya användare genom hela processen från att diskutera idéer till att skriva en stråltidsansökan, utföra mätningen, analysera data och slutligen skriva ett manuskript.

För närvarande byggs European Spallation Source (ESS) strax utanför Lund. Denna anläggning kommer att möjliggöra helt nya sorters experiment. Vi är engagerade i flera olika instrumentprojekt vid ESS. Ett sådant projekt omfattar utveckling av metoder för ytspridning, särskilt grazing-incidence small-angle neutron scattering (GISANS). Våra bidrag sträcker sig från implementering av specifika instrumentdelar som Port-GISANS, en bärbar adapter för strålrör för småvinkelspridning, tillsammans med SKADI-teamet till utveckling av ett komplett strålrör. SAGA kan komma att byggas på ESS i framtiden. Dessutom arbetar vi med optimering av neutronmätningar med magnetiska referenslager och implementering av databehandlingsprocesser för att studera kinetiska processer på millisekunders tidsskala.

En nackdel med centraliserade anläggningar för neutronspridning är deras begränsade tillgänglighet. Trots att ESS kommer att möjliggöra ny förstklassig forskning kommer den inte att ha tillräcklig kapacitet för att tillgodose alla användares behov. Vi vill därför ha en lokal kompakt neutronkälla i Uppsala, som möjliggör kompletterande forskning och är mer tillgänglig, särskilt för industrin. På grund av den senaste utvecklingen inom acceleratorteknik förväntas sådana anläggningar kunna erbjuda hög neutronbriljans med betydligt mindre storlek och kostnad än en anläggning som ESS.

Publikationer i urval

Kontakt

FÖLJ UPPSALA UNIVERSITET PÅ

Uppsala universitet på facebook
Uppsala universitet på Instagram
Uppsala universitet på Youtube
Uppsala universitet på Linkedin