Utilizzo dello scattering di incidenza di pascolo risolto neutroni Spin Echo per indagare i materiali organici delle celle solari

La tecnica SERGIS mira ad essere in grado di fornire informazioni strutturali uniche non accessibili utilizzando altre tecniche di scattering o microscopia da campioni di film sottili. Le tecniche di microscopia sono in genere limitate alla superficie o richiedono una significativa alterazione / preparazione del campione per visualizzare le strutture interne. Le tecniche di scattering convenzionali come la riflettività possono fornire informazioni dettagliate sulle strutture del campione sepolte in funzione della profondità all’interno della pellicola sottile, ma non possono sondare facilmente la struttura nel piano del film sottile. In definitiva si spera che SERGIS permetterà di sondare questa struttura laterale anche se sepolta all’interno del campione di film sottile. I risultati rappresentativi qui presentati dimostrano che è possibile osservare un segnale SERGIS da caratteristiche irregolari del campione e che il segnale misurato può essere correlato con una scala di lunghezza caratteristica associata alle caratteristiche presenti nel campione, come confermato dalle tecniche di microscopia convenzionali.

Le tecniche di eco spin anelastica sono state sviluppate da Mezei et al. ¹ negli anni ’70. Da allora la tecnica SERGIS (che è un’estensione delle idee di Mezei et al.) è stata dimostrata con successo sperimentalmente utilizzando una varietà di campioni come griglie di diffrazione^{altamente regolari 2-6} e goccioline circolari di polimero de-bagnato⁷. Pynn e colleghi hanno sviluppato una teoria dinamica per modellare la forte dispersione da campioni altamente^{regolari 3-6,8}. Questo lavoro ha evidenziato molti aspetti pratici da considerare quando si esegue questo tipo di misurazione e ha portato a un dialogo costante all’interno di una piccola comunità multinazionale.

Buoni risultati degli esperimenti SERGIS si oseranno molto probabilmente se il campione da misurare consiste in una pellicola sottile su un substrato piatto e contiene caratteristiche di scattering con un’alta densità di caratteristiche di dimensioni moderate (da 30 nm a 5 μm) che disperdono fortemente neutroni, come dimostrato dagli autori⁹. A differenza di altre tecniche di riflettività stabilite che sondano il campione in funzione della profondità, la tecnica SERGIS ha il vantaggio di poter sondare le strutture nel piano della superficie del campione. Inoltre, l’uso dell’eco spin elimina l’obbligo di collimare strettamente il fascio di neutroni al fine di ottenere un’elevata risoluzione spaziale o energetica, di conseguenza è possibile ottenere significativi guadagni di flusso. Ciò è particolarmente rilevante per le geometrie di incidenza del pascolo che sono significativamente limitate dal flusso a causa della necessità di collimare fortemente il fascio in una direzione. Utilizzando lo strumento OffSpec dovrebbe quindi essere possibile sondare scale di lunghezza da 30 nm a 5 μm sia in strutture di massa che di superficie.