Diffraction et spectrométrie des neutrons : Applications principales

1.1 - Diffusion nucléaire

Tableau 1
1.2 - Diffusion magnétique
1.3 - Réflectivité des neutrons

2 - Appareillage

2.1 - Spectromètres destinés aux études statiques

$Figure 3 - Diffractomètre$ Figure 3 - Diffractomètre
2.2 - Spectromètres destinés aux études dynamiques

Figure 5 - Spectromètre à trois axes

3 - Applications principales

3.1 - Études dans l’approximation statique
3.2 - Études dynamiques

Figure 8 - Courbes de dispersion Figure 9 - Spectre de vibration

4 - Conditions expérimentales

Présentation

Auteur(s)

Jean-Pierre COTTON : Docteur ès sciences - Physicien au laboratoire Léon-Brillouin (CEA-CNRS) - Commissariat à l'énergie atomique (CE Saclay)

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INTRODUCTION

Le neutron est une particule neutre qui, ignorant les cortèges électroniques des atomes, interagit avec leur noyau et leur moment magnétique. La diffusion des neutrons est utilisée pour déterminer la structure statique et dynamique de la matière condensée de façon très analogue aux techniques de diffusion et de diffraction de lumière et de rayons X. Les temps de mesures sont d’ailleurs analogues (de 10 min à 10 h). Comme les sources de neutrons sont difficiles d’accès, cette technique est réservée aux expériences où elle est indispensable, c’est-à-dire, essentiellement :

pour situer la position dans l’espace et dans le temps des atomes d’hydrogène, surtout au sein de systèmes comprenant des atomes lourds ;
lorsque le contraste entre les noyaux permet seul l’expérience ou que la substitution isotopique est utilisée comme méthode de marquage ;
pour déterminer la structure spatio-temporelle des moments magnétiques d’un échantillon ;
pour déterminer les courbes de dispersion de phonons ou de magnons ;
lorsque l’opacité de l’échantillon ne permet pas son étude en diffusion de lumière ou que l’expérience nécessite une épaisseur d'échantillon trop importante pour utiliser la diffraction de rayons X.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-p1095

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3. Applications principales

Les applications de la diffusion de neutrons sont liées d’une part aux caractéristiques de la diffusion nucléaire et magnétique (§ 1.1 et 1.2 ) et, d’autre part, aux domaines des vecteurs de diffusion et de transferts d’énergie accessibles. La possibilité de mesurer des distances caractéristiques de 5 x 10 ⁻³ nm à 100 nm et des temps caractéristiques de 10 ⁻⁸ à 10⁻¹⁴ s fait de cette technique un outil privilégié d’étude de l’organisation nanométrique de la matière . Il est essentiellement utilisé pour établir la correspondance entre les propriétés macroscopiques et les corrélations statiques 3.1 ou dynamiques 3.2 des atomes et des moments magnétiques des systèmes physiques, chimiques ou biologiques.