Neutron reflectivity

Laboratoire Léon Brillouin, CEA-CNRS, CEA-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France

Published online: 16 October 2015

Abstract

The specular neutron reflectivity is a technique enabling the measurement of neutron scattering length density profile perpendicular to the plane of a surface or an interface, and thereby the profile of chemical composition. The characteristic sizes that are probed range from around 5 Å up 5000 Å. It is a scattering technique that averages information on the entire surface and it is therefore not possible to obtain information within the plane of the interface. The specific properties of neutrons (possibility of tuning the contrast by isotopic substitution, sensitivity to magnetism, negligible absorption, low energy of the incident neutrons) makes it particularly interesting in the fields of soft matter, biophysics and magnetic thin films. This course is a basic introduction to the technique and does not address the magnetic reflectivity. It is composed of three parts describing respectively its principle and its formalism, the experimental aspects of the method (spectrometers, samples) and two examples related to the materials for energy.

Résumé

La réflectivité spéculaire des neutrons est une technique permettant de mesurer le profil de densité de longueur de diffusion de neutron, et ce faisant le profil de composition chimique, perpendiculairement à une surface ou une interface plane. Les tailles caractéristiques sondées sont de l'ordre de 5 Å à 5000 Å. C'est une technique de diffusion qui moyenne l'information sur l'ensemble de la surface et qui ne permet donc pas d'obtenir d'informations dans le plan de l'interface. Les propriétés spécifiques des neutrons (possibilité de moduler le contraste par substitution isotopique, sensibilité au magnétisme, absorption négligeable, faible énergie des neutrons incidents) la rendent particulièrement intéressante dans les domaines de l'étude de la matière molle, de la biophysique et des couches minces magnétiques. Ce cours est une simple introduction à la technique et ne traite pas la réflectivité magnétique. Il est composé de trois parties décrivant respectivement son principe et son formalisme, les aspects expérimentaux de la méthode (spectromètres, échantillons) et deux exemples en lien avec les matériaux pour l'énergie.