Le persone di solito associano gli ologrammi a tecnologie di visualizzazione 3D futuristiche, ma in realtà, le tecnologie olografiche vengono ora utilizzate per studiare i materiali a livello atomico. raggi X, una forma di luce ad alta energia, sono spesso usati per studiare la struttura atomica. Però, I raggi X sono sensibili solo al numero di elettroni associati a un atomo. Ciò limita l'uso dei raggi X per lo studio di materiali costituiti da elementi più leggeri. Le misurazioni dei neutroni possono spesso colmare le lacune strutturali quando le misurazioni dei raggi X falliscono, ma i fasci di neutroni sono più difficili da produrre e hanno intensità inferiori rispetto ai raggi X, che ne limita la versatilità.

Ora, una collaborazione tra ricercatori giapponesi di strutture nazionali di accelerazione di particelle in tutto il Giappone ha sviluppato una nuova tecnica di olografia di neutroni a lunghezze d'onda multiple che può fornire informazioni su strutture precedentemente sconosciute. Hanno dimostrato un nuovo metodo olografico di neutroni utilizzando un singolo cristallo di CaF2 drogato con europio e ottenuto chiare immagini atomiche tridimensionali attorno a Ca bivalente sostituito con Eu trivalente, rivelando caratteristiche di intensità mai viste prima della struttura locale che le consentono di mantenere la neutralità della carica.

"Sapevamo che l'olografia di neutroni avrebbe potuto dirci di più sulla struttura di un cristallo di fluoruro di calcio drogato con europio, ", afferma l'autore principale Kouichi Hayashi. "Gli ioni di europio aggiungono ulteriore carica positiva alla struttura cristallina, ei nostri ologrammi di neutroni hanno mostrato come gli atomi di fluoro si sono disposti nel reticolo per bilanciare questa carica in eccesso. Questi tipi di problemi strutturali sono spesso incontrati dagli scienziati dei materiali che sviluppano nuovi materiali elettronici, e il nostro metodo offre un nuovo entusiasmante strumento per questi ricercatori".

Il nuovo metodo olografico funziona sparando neutroni a velocità controllata su un campione, che in questo caso sono i cristalli di fluoruro di calcio drogati con europio. I neutroni sono normalmente pensati come particelle, ma hanno anche proprietà ondulatorie simili alla luce, a seconda della loro velocità. Quando i neutroni colpiscono gli atomi di europio, i raggi gamma sono prodotti secondo uno schema controllato dalla struttura locale. I modelli di raggi gamma, o ologrammi, misurati da neutroni che viaggiano a velocità diverse vengono combinati per produrre una rappresentazione tridimensionale degli atomi di europio nel cristallo.

Hayashi dice, "Le sorgenti di neutroni sono meno intense delle sorgenti di raggi X, ma è essenziale aggirare questo problema per sviluppare metodi più efficaci per esplorare strutture con elementi leggeri. Il nostro lavoro qui rappresenta un passo verso una cassetta degli attrezzi completa di tecniche di commento a raggi X e neutroni per la ricerca sui materiali".