Verdens første observation af spin -arrangementer ved hjælp af neutronoverførsel

For første gang i verden, NIMS, Det lykkedes JAEA og J-PARC i fællesskab at observere elektronspindarrangementer i prøvematerialer ved at påføre en neutronstråle på en prøve og kvantificere de neutroner, der transmitteres gennem den. Konventionelle metoder til måling af neutroner spredt af spinnene i forskellige vinkler er hovedsageligt uforenelige med prøvemiljøudstyr, der blokerer de spredte neutroner. Den nyudviklede metode måler den lineære transmission af neutroner gennem et prøvemateriale fra en neutronstrålekilde, minimere denne vanskelighed. Dermed, den nye transmissionsspektroskopi er et lovende værktøj til målinger af spin -arrangementer under forskellige ekstreme forhold.

Ekstreme forhold såsom ultrahøjt tryk, ultrahøjt magnetfelt, og ultra-lave temperaturer er attraktive grænser inden for magnetisme. Neutrondiffraktometri, der måler neutroner spredt af spinnene i forskellige vinkler, har været et unikt værktøj til at tydeliggøre spinarrangementer direkte. Imidlertid, det er ikke let at måle neutroner spredt ved prøven under ekstreme forhold, fordi generationer af sådanne ekstreme forhold er mulige i mindre, smallere, eller tyndere prøveplads i prøvemiljøudstyret følgelig, udstyret dækker næsten alle aspekter af de spredte neutroner.

Når en neutronstråle påføres et prøvemateriale, de neutroner, der transmitteres gennem materialet, dæmpes i forhold til, i hvilket omfang de er spredt. Det NIMS-ledede forskerhold antog derfor, at spinarrangementer i materialer kunne karakteriseres ved blot at måle de transmitterede neutroner. Teamet påførte neutronpulser produceret ved J-PARC på en nikkeloxidprøve med kendte centrifugeringsarrangementer og analyserede forholdet mellem intensiteten og bølgelængden af ​​neutroner transmitteret gennem materialet. Teamet fandt ud af, at transmissionsintensiteten for neutroner med bestemte bølgelængder ―, som forventedes at reagere på kendte spin -arrangementer ― var meget lav. Incidentne neutronstråler transmitteres altid lineært gennem et prøvemateriale, derfor, den nye metode kræver kun et lille gennemgående hul i prøvemiljøudstyr og forbedrer fleksibiliteten i udstyrsdesign betydeligt.

Denne undersøgelse viste, at neutronoverførselsmålinger er en effektiv metode til karakterisering af spinarrangementer i materialer under forskellige ekstreme forhold. I fremtidige undersøgelser, vi vil udnytte arbejdsprincippet for denne metode til at designe multi-ekstreme tilstandsgenererende enheder, lette søgningen efter nye spin -arrangementer. Ud over, anvendelse af den nye metode ― lineær transmission af indfaldende stråler gennem prøvestoffer ― til neutronradiografi ville muliggøre ikke-destruktiv observation af spin-tilstand inde i magnetiske enheder, hvilket har været umuligt at opnå ved kendte teknikker. Dette kunne lette udviklingen af ​​mere avancerede magnetiske enheder.