Les gens associent généralement les hologrammes aux technologies d'affichage 3D futuristes, mais en réalité, les technologies holographiques sont maintenant utilisées pour étudier les matériaux au niveau atomique. rayons X, une forme de lumière à haute énergie, sont souvent utilisés pour étudier la structure atomique. Cependant, Les rayons X ne sont sensibles qu'au nombre d'électrons associés à un atome. Cela limite l'utilisation des rayons X pour l'étude des matériaux constitués d'éléments plus légers. Les mesures neutroniques peuvent souvent combler les lacunes structurelles lorsque les mesures aux rayons X échouent, mais les faisceaux de neutrons sont plus difficiles à produire et ont des intensités plus faibles que les faisceaux de rayons X, ce qui limite leur polyvalence.

Maintenant, une collaboration entre des chercheurs japonais d'installations nationales d'accélérateurs de particules à travers le Japon a développé une nouvelle technique d'holographie de neutrons à longueurs d'onde multiples qui peut donner un aperçu de structures jusqu'alors inconnues. Ils ont démontré une nouvelle méthode holographique à neutrons utilisant un monocristal CaF2 dopé à l'europium et obtenu des images atomiques tridimensionnelles claires autour du Ca divalent trivalent Eu-substitué, révélant des caractéristiques d'intensité inédites de la structure locale qui lui permettent de maintenir la neutralité de charge.

"Nous savions que l'holographie neutronique pourrait nous en dire plus sur la structure d'un cristal de fluorure de calcium dopé à l'europium, " dit l'auteur principal Kouichi Hayashi. " Les ions europium ajoutent une charge positive supplémentaire à la structure cristalline, et nos hologrammes de neutrons ont montré comment les atomes de fluor s'arrangeaient dans le réseau pour équilibrer cette charge excédentaire. Ces types de problèmes structurels sont souvent rencontrés par les scientifiques des matériaux développant de nouveaux matériaux électroniques, et notre méthode offre un nouvel outil passionnant pour ces chercheurs."

La nouvelle méthode holographique fonctionne en tirant des neutrons à vitesse contrôlée sur un échantillon, qui dans ce cas sont les cristaux de fluorure de calcium dopés à l'europium. Les neutrons sont normalement considérés comme des particules, mais ont également des propriétés ondulatoires similaires à la lumière, en fonction de leur vitesse. Lorsque les neutrons frappent les atomes d'europium, les rayons gamma sont produits selon un motif contrôlé par la structure locale. Les diagrammes de rayons gamma, ou hologrammes, mesurés à partir de neutrons se déplaçant à différentes vitesses sont combinés pour produire une représentation tridimensionnelle des atomes d'europium dans le cristal.

Hayashi dit, "Les sources de neutrons sont moins intenses que les sources de rayons X, mais il est essentiel que nous travaillions autour de cette question pour développer des méthodes plus efficaces pour explorer les structures avec des éléments légers. Notre travail ici représente une étape vers une boîte à outils complète de commentaires sur les techniques de rayons X et de neutrons pour la recherche sur les matériaux. »