Neutronidiffraktio

Neutronidiffraktio on neutronisäteilyyn perustuva tutkimusmenetelmä, jolla määritellään aineen kristallirakenne ja magneettinen järjestys. Neutronit vuorovaikuttavat sekä ytimeen että magneettisiin momentteihin, ei pelkästään elektronirakenteeseen, mikä tekee menetelmästä erityisen arvokkaan kevyiden elementtien (esim. vedyn) sekä isotooppien sekä magnetiarakenteiden tutkimuksessa. Diffraktiotapahtuma tapahtuu, kun neutronit heijastuvat kidelevyjen pinnoilta. Braggin laki kuvaa diffraktion: nλ = 2d sin θ. Neutronien aallonpituus on noin 0,5–4 Å.

Erityisiä kokeellisia suuntauksia ovat jauheteista diffraktiot (powder diffraction) sekä kiinteiden kiteitä sisältävä diffraktio (single-crystal diffraction). Myös pien- ja suurkulmaisessa diffraktiossa (SANS) sekä neutronpeilaus (reflectometry) ovat käytössä. Pulssilähteissä käytetään time-of-flight -menetelmää erottamaan eri aallonpituuksia.

Laitteistosta ja käytännöistä: Neutronilähteet voivat olla ydinreaktoreita tai spallaatio-laitoksia. Näille annetaan moderointi, monokromatorit sekä diffraktometrit, ja detektoreina käytetään esimerkiksi 3He-pohjaisia tai scintillaatiopohjaisia ratkaisuja. Näytteet voidaan asettaa magneettikenttään, korkeapaineeseen tai erilaisiin lämpötilaympäristöihin.

Sovellukset: kristallirakenteiden ratkaiseminen, vedyn ja muiden kevyiden elementtien paikallistaminen sekä magneettisen tilan tutkiminen. Neutronidiffraktio on erityisen hyödyllinen hydridien ja magnetisten järjestysten tutkinnassa sekä materiaalitutkimuksessa generally.

Historia: Neutronidiffraktio kehittyi 1940-luvulla; keskeisiä edistysaskeleita olivat Clifford Shullin ja Bertram Brockhorsten tutkimukset, joiden vuoksi heille myönnettiin Nobel-palkinto fysiikassa vuonna 1994.