Une équipe de recherche commune composée du NIMS, JAEA et l'Institut Laue Langevin ont développé une cellule haute pression composée de matériaux totalement amagnétiques. L'équipe a ensuite réussi pour la première fois à analyser la polarisation des neutrons en trois dimensions à une pression extrêmement élevée de plusieurs gigapascals à l'aide de la cellule. Cette technique est applicable à l'analyse détaillée des arrangements de spin d'électrons. L'équipe a également découvert un matériau présentant un potentiel en tant que matériau de mémoire PC de nouvelle génération en raison des propriétés multiferroïques qu'il présentait sous haute pression. La technique peut être utilisée pour comprendre les changements induits par la pression dans les arrangements de spin des électrons dans divers matériaux et pour développer de nouveaux matériaux en contrôlant les spins.

Les spins électroniques déterminent fondamentalement les propriétés magnétiques des matériaux. Des recherches récentes axées sur le contrôle des spins électroniques ont conduit au développement de nouveaux matériaux fonctionnels, y compris les matériaux multiferroïques. L'utilisation des techniques de diffraction des neutrons, qui permettent l'observation des arrangements de spin dans les matériaux, est indispensable dans ces efforts de développement matériel. L'analyse de la polarisation des neutrons en trois dimensions est particulièrement efficace pour déterminer des arrangements de spin précis tout en contrôlant les orientations de spin des neutrons en trois dimensions. Cependant, l'utilisation de cette technique nécessite une cellule dans laquelle un matériau échantillon peut être maintenu dans un état totalement amagnétique afin de conserver le degré de polarisation de spin des neutrons spécifique à l'échantillon. Les cellules haute pression conventionnelles ne conviennent pas pour cette analyse car elles sont composées de matériaux magnétiques qui génèrent un flux magnétique.

Dans cette recherche, l'équipe dirigée par le NIMS a développé une cellule haute pression totalement non magnétique en remplaçant les matériaux de cellules magnétiques conventionnels par des matériaux composites non magnétiques constitués de particules de diamant. L'équipe a ensuite confirmé que l'utilisation de la cellule nouvellement développée ne réduit pas le degré de polarisation de spin des neutrons dans un échantillon de matériau. L'équipe a également découvert un matériau non ferroélectrique à pression atmosphérique normale dans un environnement non magnétique, mais qui devient ferroélectrique et multiferroïque lorsqu'il est soumis à plusieurs dizaines de milliers d'atmosphères de pression.

La technique développée dans cette recherche peut être appliquée au développement non seulement de matériaux multiferroïques mais aussi de matériaux supraconducteurs et autres matériaux fonctionnels dont les fonctionnalités sont étroitement liées aux arrangements de spin.