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新的中子全息技术为获得清晰的三维原子图像打开了一个窗口
科技科学
胡楠
2017-08-29 19:24:02

 人们通常把全息图与未来的三维显示技术联系在一起,但实际上,全息技术现在是被用来研究原子层面的材料。

  X射线是一种高能的光,常用于研究原子结构。然而,X射线只对与原子相关的电子数敏感。这就限制了使用X射线来研究由较轻元素构成的材料。当X射线测量失败时,中子测量常常能填补结构上的空白,但是中子束比X射线束更难产生和强度更低,这限制了它们的多功能性。

  现在,科研人员利用粒子加速器设施之间的合作开发了一种新的多波长中子全息技术,可以对以前未知的结构进行深入研究。他们展示了一种新的中子全息方法,使用一种铕掺杂的CaF2单晶,并获得了三价共价键来取代二价Ca的清晰的三维原子图像,揭示了局部结构的前所未见的强度特征,从而维持了电荷中立。

  “我们知道,中子全息术也许能告诉我们更多关于掺杂了铕的氟化钙晶体的结构,”科研人员说。“铕离子增加了对晶体结构的额外正电荷,我们的中子全息图显示了晶格中的氟原子是如何平衡这些额外电荷的。”这些结构问题经常遇到材料科学家开发新的电子材料,我们的方法为这些研究人员提供了一个令人兴奋的新工具。

  新的全息方法的工作原理是在一个样本中以受控的速度发射中子,在这个例子中是含铕的氟化钙晶体。中子通常被认为是粒子,但也有类似于光的波状性质,这取决于它们的速度。当中子撞击铕原子时,伽马射线产生于由局部结构控制的模式中。从不同速度的中子中测量出的伽马射线模式(全息图)被组合在一起,形成了晶体中铕原子的三维表示。

  科研人员说:“中子源比X射线源的强度要小,但我们必须围绕这个问题研究出更有效的方法来探索具有光元素的结构。”我们在这里的工作代表了一个完整的工具箱,X射线和中子技术用于材料研究。

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