Порошковая нейтронная дифракция

Diffraction.pngПорошковая нейтронная дифракция (NPD) традиционно является ключевой методикой в исследованиях по физике конденсированного состояния, материаловедении (в том числе, в создании новых материалов, наноматериаловедении, энергетическом материаловедении, создании лекарственных препаратов и т. п.). Данная методика практически не имеет ограничений в выборе объектов изучения.

Точное знание атомной структуры материалов является основой для правильного понимания их свойств и дает возможность целенаправленно изменять эти свойства. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом делают метод дифракции нейтронов во многих отношениях уникальным и, следовательно, очень востребованным. Традиционно к областям исследований конденсированных сред, где использование дифракции нейтронов наиболее эффективно, относят структурный анализ соединений, состоящих из легких и тяжелых атомов (гидридов, оксидов), соединений с изотопами или близкими по номеру элементами (сплавы, интерметаллиды), биологических соединений с применением изотопического контрастирования (в основном с заменой водорода на дейтерий) их отдельных фрагментов, и анализ магнитной структуры кристаллов, т.е. определение величины и направления атомных магнитных моментов. Во всех перечисленных случаях рентгеновское излучение необходимых деталей «не видит». Важным фактором является малое (по сравнению с рентгеновскими лучами) поглощение нейтронов в среде, поскольку лишь немногие элементы и их изотопы сильно поглощают тепловые нейтроны. Как следствие, глубина проникновения нейтронов в вещество может быть достаточно большой (сантиметры), что позволяет изучать микроструктуру объемных материалов и инженерных изделий.

За последнее время произошло резкое расширение, как областей применения метода дифракции нейтронов, так и его экспериментальных возможностей. К традиционным направлениям (физика, химия, материаловедение) добавились молекулярная биология, фармакология, геология, инженерные науки и др. Общий технический прогресс и новые идеи в конструкции дифрактометров, формировании нейтронных пучков и создании детекторных систем позволили достигнуть таких возможностей в нейтрон-дифракционных исследованиях, которые еще 15 – 20 лет тому назад казались немыслимыми. В настоящее время возможны ab initio определение структуры кристаллов, уточнение сложной структуры как обычных, так и наноматериалов, анализ локальных искажений структуры с точностью ~0.1 Å, анализ переходных процессов с характерными временами на уровне 10 секунд, работа с образцами, объем которых составляет ~1 mm3.

Состав группы

 Diffraction_1.pngDiffraction_2.png

Визуализация транспорта кислородных атомов в NdBaCo2O5+d– показано голубыми стрелками. Слева – нейтронограммы, из обработки которых получен результат. (R.A. Cox-Galhotraet.al., J. ofMater. Chem. A 1, 3091, 2013.)

Diffraction_3.png

Diffraction_4.png

Diffraction_5.png

Magnetic structure of Tb14Ag51(126 spins of Tb3+ in the unit cell) from P. Fischer et al., Phys. Rev. B, 2005

Diffraction_5.jpg

Схема порошкового нейтронного дифрактометра D2B.