As pessoas costumam associar hologramas a tecnologias futurísticas de tela 3-D, Mas na realidade, tecnologias holográficas agora estão sendo usadas para estudar materiais em nível atômico. Raios X, uma forma de luz de alta energia, são freqüentemente usados ​​para estudar a estrutura atômica. Contudo, Os raios X são sensíveis apenas ao número de elétrons associados a um átomo. Isso limita o uso de raios-X para estudar materiais compostos de elementos mais leves. As medições de nêutrons podem frequentemente preencher as lacunas estruturais quando as medições de raios-X falham, mas os feixes de nêutrons são mais difíceis de produzir e têm intensidades mais baixas do que os feixes de raios-X, o que limita sua versatilidade.

Agora, uma colaboração entre pesquisadores japoneses de instalações de aceleradores de partículas nacionais em todo o Japão desenvolveu uma nova técnica de holografia de nêutrons de múltiplos comprimentos de onda que pode dar uma visão sobre estruturas até então desconhecidas. Eles demonstraram um novo método holográfico de nêutrons usando um único cristal de CaF2 dopado com európio e obtiveram imagens atômicas tridimensionais claras em torno de Ca divalente substituído por Eu trivalente, revelando características de intensidade nunca antes vistas da estrutura local que permite manter a neutralidade de carga.

"Sabíamos que a holografia de nêutrons poderia nos dizer mais sobre a estrutura de um cristal de fluoreto de cálcio dopado com európio, "diz o autor principal Kouichi Hayashi." Os íons de európio adicionam carga positiva extra à estrutura do cristal, e nossos hologramas de nêutrons mostraram como os átomos de flúor se organizam na rede para equilibrar esse excesso de carga. Esses tipos de problemas estruturais são frequentemente encontrados por cientistas de materiais que desenvolvem novos materiais eletrônicos, e nosso método oferece uma ferramenta nova e estimulante para esses pesquisadores. "

O novo método holográfico funciona disparando nêutrons com velocidade controlada em uma amostra, que neste caso são os cristais de fluoreto de cálcio dopados com európio. Os nêutrons são normalmente considerados partículas, mas também têm propriedades de onda semelhantes à luz, dependendo de sua velocidade. Quando os nêutrons atingem os átomos de európio, os raios gama são produzidos em um padrão controlado pela estrutura local. Os padrões de raios gama, ou hologramas, medidos a partir de nêutrons viajando em velocidades diferentes são combinados para produzir uma representação tridimensional dos átomos de európio no cristal.

Hayashi diz, "As fontes de nêutrons são menos intensas do que as fontes de raios-X, mas é essencial que contornemos esse problema para desenvolver métodos mais eficazes para explorar estruturas com elementos leves. Nosso trabalho aqui representa um passo em direção a uma caixa de ferramentas completa de comentários de técnicas de raios-X e nêutrons para pesquisa de materiais. "