Professeur Andreas Michels, physicien à l'Université du Luxembourg, explore le monde complexe des matériaux magnétiques en projetant des neutrons dessus. Il a maintenant publié ses idées dans une monographie de 380 pages intitulée "Magnetic Small-Angle Neutron Scattering - A Probe for Mesoscale Magnetism Analysis". Le livre est publié par Oxford University Press.

Étant le résultat de plus de deux décennies d'expérimentation, théorique, et la recherche par simulation, Le professeur Andreas Michels a maintenant écrit le premier livre consacré exclusivement à la technique neutronique spécifique de la diffusion magnétique des neutrons aux petits angles (SANS). "Chaque fois que vous voulez savoir où se trouvent les atomes magnétiques dans un matériau et comment ils se déplacent, il faut utiliser la diffusion de neutrons, " explique le professeur Andreas Michels. Le neutron est une particule élémentaire qui porte un moment ou un spin magnétique. En tant que tel, on peut considérer le neutron comme une minuscule aiguille de boussole, lequel, lorsqu'il est dévié ou diffusé par un aimant, donne des informations sur la structure et la dynamique des atomes composant le matériau. La quantité d'intérêt dans une expérience de diffusion de neutrons, la section efficace dite de diffusion, dépend de la distribution des spins du matériau étudié et son analyse fournit des informations importantes sur les propriétés magnétiques.

Le professeur Michels poursuit « La méthode magnétique SANS est indispensable dans l'étude des matériaux magnétiques ; on peut l'utiliser pour tout étudier, des aimants permanents, aciers magnétiques, oxydes et alliages complexes, ferrofluides, nanoparticules magnétiques, aux supraconducteurs et aux cristaux de skyrmion récemment découverts. » La raison de son importance en physique de la matière condensée et des matériaux réside dans le fait que le SANS magnétique fournit, assez unique, accès à l'échelle de longueur dite mésoscopique, c'est à dire., l'échelle entre quelques nanomètres et quelques centaines de nanomètres, à peu près entre la taille d'un brin d'ADN humain et environ un centième de la largeur d'un cheveu humain. Il s'agit d'un régime de taille très important sur lequel de nombreuses propriétés macroscopiques des matériaux sont réalisées. La méthode SANS est particulièrement utile aux scientifiques des matériaux pour les aider à comprendre les aimants qu'ils produisent dans leurs laboratoires.

"Par exemple, on peut utiliser la technique SANS magnétique pour décider si un matériau particulier est composé de domaines magnétiques homogènes ou non homogènes; ce sont des régions à l'intérieur de l'aimant où les spins pointent dans une certaine direction, " explique le professeur Michels. Cette question est pertinente pour améliorer les paramètres caractéristiques tels que la coercivité ou le produit énergétique maximal des aimants permanents sans terres rares, une classe de matériaux d'énergie magnétique qui est actuellement au centre de l'attention de nombreux chercheurs du monde entier. Un autre exemple concerne les propriétés mécaniques de l'acier, qui est probablement l'un des matériaux magnétiques fonctionnels les plus anciens et les plus importants. La dureté mécanique de l'acier de la cuve sous pression du réacteur, utilisé dans les centrales nucléaires, est déterminé de manière décisive par la présence de vides (pores). La figure ci-dessous représente la structure de spin calculée numériquement autour d'un nanopore sphérique ; le formalisme du livre permet de détecter leur signature dans la section efficace de diffusion des neutrons.

Le livre a vu le jour en « mariant » deux domaines relativement anciens de la physique :la théorie du micromagnétisme d'une part et le formalisme de la diffusion des neutrons d'autre part. Le micromagnétisme est couramment utilisé pour analyser la distribution de l'aimantation ou la boucle d'hystérésis des matériaux magnétiques, tandis que la diffusion des neutrons est utilisée pour obtenir des informations microscopiques sur la structure et la dynamique des matériaux. "Avant, le micromagnétisme et la diffusion de neutrons étaient deux communautés disjointes qui ne se parlaient pas beaucoup, " ajoute Michels. Avec la parution du livre, et à travers l'organisation d'ateliers internationaux comme celui de l'European Spallation Source à Lund, il est à espérer que la méthodologie combinée micromagnétique et SANS se généralise, afin que la recherche sur les matériaux magnétiques puisse encore progresser.

Avoir hâte de, quels sont les défis pour les années à venir ? Clairement, de nombreuses recherches doivent être menées sur les systèmes dits complexes, qui sont des matériaux présentant une multitude d'interactions à différentes échelles de longueur; des exemples sont les ferrofluides, aciers magnétiques, verres de spin ou aimants amorphes. C'est dans ce sous-domaine que l'on s'attend à des progrès majeurs dans les années à venir; principalement via l'utilisation accrue de simulations micromagnétiques numériques à grande échelle, qui est une approche très prometteuse pour la compréhension du SANS magnétique à partir de systèmes présentant une inhomogénéité de spin à l'échelle nanométrique.

Le public cible du livre se compose d'étudiants diplômés ainsi que de post-doctorants et de chercheurs seniors travaillant dans le domaine du magnétisme et des matériaux magnétiques. Le formalisme et les concepts exposés dans le livre leur permettront, espérons-le, d'analyser et d'interpréter leurs expériences SANS." explique le professeur Andreas Michels. "Il m'a fallu environ trois ans pour écrire le livre, et je suis maintenant plus qu'heureux de voir sa publication, " dit Michels. La monographie est disponible en édition à couverture rigide et en e-book, et peut être commandé dans les librairies du monde entier.