Nouveau polarimètre à rayons X fait avancer l'étude des matériaux

Les faisceaux de rayons X produits dans les installations de rayonnement synchrotron sont des outils puissants pour étudier les matériaux à très petite échelle. Ces faisceaux sont connus pour leur intensité et leur concentration, ce qui les rend utiles pour examiner la structure de la matière. Cependant, le type et la quantité de polarisation de ces faisceaux peuvent varier selon la configuration utilisée. Pour mesurer la polarisation avec précision, les scientifiques ont créé un appareil portable appelé polarimètre à rayons X.

#Qu'est-ce qu'un polarimètre à rayons X ?

Un polarimètre à rayons X est un appareil qui mesure l'angle et le degré de polarisation linéaire dans les faisceaux de rayons X. Celui développé au synchrotron SOLEIL utilise un détecteur à dérive en silicone (SDD) qui tourne autour d'une cible en polyéthylène haute densité (HD-PE). Lorsque les rayons X se dispersent sur la cible, l'appareil collecte des données sur la distribution des photons diffusés, permettant aux chercheurs de déterminer à quel point le faisceau est polarisé.

#Pourquoi la polarisation est importante

Dans de nombreuses expériences, surtout celles liées aux propriétés magnétiques des matériaux, connaître la polarisation du faisceau de rayons X est crucial. Par exemple, la technique dite de dichroïsme circulaire magnétique par rayons X utilise des rayons X polarisés pour examiner les différences dans la façon dont un matériau magnétique absorbe la lumière. Pour obtenir des résultats précis dans de telles expériences, il est essentiel de bien comprendre la polarisation.

#Le rôle du polyéthylène haute densité

En cherchant un bon matériau pour servir d'objectif pour la polarimétrie, le HD-PE se distingue. Il a un faible numéro atomique, ce qui signifie qu'il n'absorbe pas trop les rayons X. C'est bénéfique car cela permet une diffusion plus efficace des rayons X, ce sur quoi repose le polarimètre. De plus, la structure du HD-PE aide à diffuser les rayons X de manière uniforme, ce qui en fait un choix idéal.

#Mesurer les photons diffusés

Lorsque les rayons X interagissent avec la cible en HD-PE, ils peuvent subir deux processus principaux : la Diffusion de Rayleigh et la Diffusion Compton. À des énergies de rayons X autour de 10 keV, les deux types de diffusion contribuent au comportement des photons. Les photons diffusés portent des informations sur la polarisation du faisceau de rayons X entrant. En analysant la distribution angulaire de ces photons diffusés, les scientifiques peuvent obtenir des informations sur l'état de polarisation du faisceau.

#La configuration du polarimètre

Le polarimètre développé à SOLEIL comprend un détecteur à dérive en silicone tournant près de l'échantillon de HD-PE. Le détecteur capture les rayons X diffusés, et la configuration est conçue pour lisser les incohérences dans l'échantillon pendant les mesures. La conception du polarimètre s'inspire de modèles antérieurs, mais intègre des composants modernes pour améliorer les performances.

#Processus de collecte de données

Le processus de collecte de données implique de faire tourner le détecteur autour de l'échantillon et de mesurer les rayons X diffusés. Le détecteur est relié à un processeur de pulsations numériques qui aide à numériser les signaux des rayons X. Pendant les mesures, la configuration enregistre divers points de données clés, y compris l'angle et le compte des photons, aidant les chercheurs à en tirer des informations sur la polarisation.

#Simulations pour la prédiction

Avant de réaliser des mesures réelles, les simulations jouent un rôle crucial dans la prédiction des résultats attendus. L'outil de simulation Geant4 est utilisé pour modéliser le comportement du polarimètre dans différentes conditions. Cela permet aux scientifiques d'anticiper la distribution des rayons X diffusés selon divers degrés de polarisation linéaire. En comparant les mesures réelles à ces prévisions, les chercheurs peuvent valider leurs méthodes et équipements.

#La ligne de faisceau GALAXIES

Le polarimètre a été testé à la ligne de faisceau GALAXIES au sein de l'installation SOLEIL, qui est équipée pour gérer les rayons X durs. Cette ligne de faisceau est connue pour sa capacité à étudier en détail la structure électronique des matériaux. Elle dispose d'équipements spécialisés, comme un retardateur de phase en diamant pour rayons X, pouvant modifier la polarisation du faisceau de rayons X.

#Préparation des mesures

Avant de prendre des mesures, la configuration subit un processus d'alignement minutieux. Cela implique de déterminer l'angle optimal pour le faisceau de rayons X et de s'assurer qu'il cible précisément le centre de l'échantillon en HD-PE. Un alignement précis est crucial pour éviter toute erreur provenant de faisceaux mal dirigés.

#Résultats expérimentaux

Une fois le polarimètre correctement configuré et aligné, des données ont été collectées à travers plusieurs états de polarisation. Les distributions angulaires des rayons X diffusés ont été analysées, révélant des comportements significatifs qui corrèlent avec les états de polarisation attendus. Les points aux extrêmes de la courbe de polarisation montraient une forte polarisation linéaire horizontale ou verticale, tandis que les points intermédiaires indiquaient des degrés de polarisation variés.

#Comparaison des données avec les simulations

Les données collectées ont été comparées aux prévisions des simulations. Cette comparaison est essentielle pour comprendre à quel point le polarimètre fonctionne bien. Dans de nombreux cas, les résultats correspondaient étroitement aux résultats attendus, montrant que la configuration est capable de mesurer efficacement la polarisation.

#Conclusion

Le développement du polarimètre à SOLEIL a fourni des informations précieuses sur le comportement des faisceaux de rayons X. En utilisant le HD-PE comme matériau cible et des méthodes de détection avancées, les chercheurs ont créé un polarimètre très efficace qui peut être utilisé dans diverses études scientifiques. La capacité à mesurer le degré et le plan de polarisation ouvre de nouvelles voies pour explorer les propriétés des matériaux, notamment dans les domaines de l'optique et de la science des matériaux. À mesure que les instruments évoluent, ils amélioreront sans aucun doute notre compréhension des interactions entre la lumière et la matière.