Neutronendiffractie

Neutronendiffractie is een methode uit de kristalstructuuronderzoek en materiaalkunde waarmee de atomaire indeling van een materiaal kan worden bepaald door de diffractie van neutronen. In tegenstelling tot röntgendiffractie interacteren neutronen vooral met de kernen en niet met elektronenschillen, waardoor neutrons een andere contrastwerking bieden en gevoelig zijn voor magnetische ordening en voor lichte elementen zoals waterstof.

Bij een diffractie-experiment valt een bundel neutronen op een kristal. Coherente terugkaatsing veroorzaakt diffractiepieken die volgens de Bragg-wet n λ = 2 d sin θ optreden. Door de positie en intensiteit van de pieken kunnen de roosterparameters en de atoomposities worden afgeleid. Neutronen reageren ook op magnetische momenten, waardoor magnetische structuur tegelijk kan worden onderzocht.

Bronnen en instrumenten: neutrons worden geproduceerd in kernreactoren of spallatiebronnen. Experimenten worden uitgevoerd met powder diffractometers, single-crystal diffractometers en time-of-flight systemen. Detectors registreren de diffractiehoeken en –intensiteiten, waarna data-analyse de kristalstructuur oplevert.

Analytische technieken: voor poederdata wordt veelal de Rietveld-refinement toegepast om een model van de structuur te optimaliseren. Voor single crystals zijn directe structuuroplossing en refinements gebruikelijk. De methode levert ook informatie over diffusie, strain en magnetisme.

Toepassingen en kenmerken: neutronendiffractie wordt breed ingezet in de materiaalkunde, chemie en biologie voor het bepalen van kristalstructuren, faseovergangen en magnetische ordening. Het biedt bijzonder voordeel bij lichte elementen en isotopencontrast en kan waterstofatomen beter volgen dan röntgendiffractie. Beperkingen zijn de beschikbaarheid van neutronenbronnen en de behoefte aan vaak grote monsters.