A espectroscopia de nêutrons é uma ferramenta importante para estudar propriedades magnéticas e termoelétricas em materiais. Mas muitas vezes a resolução, ou a capacidade do instrumento de ver detalhes finos, é muito grosseiro para observar claramente as características que identificam novos fenômenos em novos materiais avançados.

Para resolver este problema, Fahima Islam, Jiao Lin, e Garrett Granroth, pesquisadores do Diretório de Ciências de Nêutrons (NScD) do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE), desenvolveu um novo software de super-resolução, chamado SRINS, isso torna mais fácil para os cientistas entenderem melhor as propriedades dinâmicas dos materiais usando a espectroscopia de nêutrons. Combinando dados de nêutrons de vários detectores por meio de um algoritmo especial, o software usa várias medições da mesma propriedade do material de diferentes perspectivas para fornecer aos pesquisadores resultados que têm resolução até cinco vezes mais precisa do que aqueles produzidos por meio de técnicas tradicionais de redução de dados de espectroscopia.

"Com este software, podemos melhorar a resolução dos dados de espalhamento de nêutrons medidos em um espectrômetro de geometria direta por um fator de cinco sem instalar nenhum novo hardware. Esta inovação pode levar a mais desenvolvimentos, alavancando a pesquisa de processamento de imagens em ciência de dados de nêutrons para a comunidade global de espalhamento de nêutrons, "disse Lin.

A espectroscopia de nêutrons é uma técnica de espalhamento de nêutrons usada para detectar e medir assinaturas de energia decorrentes da dinâmica interna do material. Essas assinaturas fornecem aos cientistas uma visão única sobre como os materiais se comportam, especialmente aqueles com propriedades termoelétricas e magnéticas. Os cientistas podem então usar essas informações para gerar novos, materiais avançados para aplicações futuras.

"O estudo de tais assinaturas de energia é uma pesquisa fundamental, mas é uma pesquisa fundamental com um propósito. Os dados que coletamos com espectroscopia de nêutrons podem fazer contribuições significativas para coisas como computadores quânticos e sistemas de resfriamento de próxima geração, "disse Granroth.

Para tornar mais fácil para os pesquisadores estabelecerem as bases para futuras realizações científicas, Islamismo, Lin, e Granroth trabalhou ao lado de colegas do Grupo de Matemática Aplicada e Computacional (CAM) do ORNL para criar um algoritmo que melhora muito a resolução dos dados produzidos com espectroscopia de nêutrons. Então, usando a linguagem de programação Python, eles codificaram seu algoritmo em software que cientistas de todo o mundo podem instalar em seus instrumentos de espectroscopia de nêutrons.

"É apenas um protótipo, mas tivemos um sucesso notável até agora. Para comparação, melhorar tanto a resolução de dados com a instalação de novos equipamentos exigiria uma instrumentação muito maior, que é inviável de construir. Com este software, somos capazes de conservar recursos e ainda fazer melhorias drásticas em nossos recursos de espectroscopia de nêutrons. E tem o potencial de melhorar a resolução de muitas medições de espalhamento de nêutrons, não apenas espectroscopia, "disse Fahima.

"Oak Ridge é único no fato de termos várias instalações líderes mundiais lado a lado. Ter a oportunidade de trabalhar com meus colegas em ciência inovadora como este software foi realmente empolgante, "disse Richard Archibald, um matemático aplicado com CAM que ajudou o Islã, Lin, e Granroth desenvolvem o software.

Islamismo, Lin, e Granroth esperam que seu novo software não leve apenas a novos desenvolvimentos em pesquisa de materiais avançados em Oak Ridge, mas também têm um grande impacto no campo de espalhamento de nêutrons em geral.

"Até onde sabemos, este é o primeiro trabalho publicado mostrando uma aplicação de super resolução para nêutrons. Estamos na vanguarda de uma nova tendência empolgante que ajudará outras instalações de espalhamento de nêutrons a melhorar sua própria resolução de dados também, "disse Lin.