美国与加拿大联合研究团队已经证明，使用中子束进行探测的三相光栅莫尔条纹中子干涉仪可能成为大面积干涉应用和材料表征的强有力工具。该技术将为中子干涉仪工具提供探测范围在1nm至10μm大小细节的能力——这是一种难以用其他中子扫描方法探测的范围。

由美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国国家卫生研究院和加拿大滑铁卢大学共同组成的联合研究团队开发的这种方法为干涉仪配备了“透镜”作为衍射光栅的硅晶片。光栅将中子束进行分束并将其重新引导，使中子束从物体的边缘反弹回来然后相撞，产生表征物体信息的可见莫尔干涉图案。

中子干涉仪能够扫描厚物体的内部，如对图片所示的花岗岩进行扫描，其结果显示出足够的细节表明该花岗岩是由四种类型的岩石混合在一起构成的。照片来源：美国国家标准与技术研究院/Huber＆Hanacek。

该团队使用干涉长度为4m的干涉仪检查了铝6061合金样品对系统一致性的影响，希望用这种技术来测量万有引力常数。研究人员说，这种远场技术允许使用宽波长进行探测并且降低制造和对准方面的要求，从而规避了与完美晶体中子干涉测量相关的主要障碍。

传统上对于干涉测量而言，完美的晶体也会阻挡大部分撞击它们的中子，从而使中子源变弱。对于通过样本发送足够中子来获得准确折射率的光束需要很长时间，并且其他任务将需要更长时间。新方法通过使用三层薄的硅光栅来聚焦中子而不是使用单个昂贵的晶体来回避这个问题。在显微镜下，每个光栅的平坦表面看起来像是一条窄而紧密排列的梳齿。光栅允许整个中子束穿过它们，并具有可移动的优点。

移动这三个光栅将中子束聚焦在样品上，使其能够感知范围在1nm到10μm的内部细节。照片来源：美国国家标准与技术研究院/Huber＆Hanacek。

研究人员Michael Huber表示：“通过移动光栅几毫米来聚焦，就能够看到很多不同层次和不同规模的结构。该技术能够补充其他扫描技术，因为它的分辨率非常优秀。它具有引人注目的聚焦能力，我们不仅限于像其他方法一样探测薄片材料，还能够轻松地探测厚厚的岩石块。”

该团队已经扫描了含有四种不同矿物混合物的花岗岩块的内部，扫描结果显示了每一种矿物的详细情况。Huber表示，这种方法适用于非侵入性扫描多孔物体，如陨石或人造材料如凝胶或泡沫，这是许多消费品的重要组成材料。研究人员表示，只有一件事阻碍了这种干涉仪成为工业应用中的重要工具，即他们需要一组不同宽度的孔径，以便中子束在撞击干涉仪之前通过。目前，他们只有一个可用的孔径，这限制了干涉仪的视野。

“我们现在能够探测1nm到10μm的范围，但是由于我们没有获得足够的数据，图像很模糊，每个不同的孔径都给我们提供了另一个数据点，我们就可以开始对材料的微观结构进行定量分析。我们希望能够获得更多的数据，这将使我们能够获得更详细的定量信息。”

该研究已发表于《物理评论快报》。

来源： https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=63230

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