Profesor Andreas Michels, físico de la Universidad de Luxemburgo, explora el complejo mundo de los materiales magnéticos disparando neutrones sobre ellos. Ahora ha publicado sus ideas en una monografía de 380 páginas titulada "Dispersión magnética de neutrones de ángulo pequeño:una sonda para el análisis del magnetismo de mesoescala". El libro es publicado por Oxford University Press.

Siendo el resultado de más de dos décadas de experimentación, teórico, e investigación de simulación, El profesor Andreas Michels ha escrito el primer libro dedicado exclusivamente a la técnica de neutrones específicos de la dispersión de neutrones magnéticos de ángulo pequeño (SANS). "Siempre que desee saber dónde se encuentran los átomos magnéticos en un material y cómo se mueven, tienes que usar la dispersión de neutrones, "dice el profesor Andreas Michels. El neutrón es una partícula elemental que lleva un momento magnético o giro. Como tal, uno puede pensar en el neutrón como una pequeña aguja de brújula, cuales, cuando es desviado o esparcido por un imán, proporciona información sobre la estructura y dinámica de los átomos que componen el material. La cantidad de interés en un experimento de dispersión de neutrones, la llamada sección transversal de dispersión, depende de la distribución de espines del material estudiado y su análisis proporciona información importante sobre las propiedades magnéticas.

El profesor Michels continúa:"El método magnético SANS es indispensable en el estudio de materiales magnéticos; se puede usar para investigar todo, desde imanes permanentes, aceros magnéticos, óxidos complejos y aleaciones, ferrofluidos, nanopartículas magnéticas, a los superconductores y los cristales skyrmion recientemente descubiertos ". La razón de su importancia en la física de la materia condensada y los materiales reside en el hecho de que la SANS magnética proporciona, bastante singularmente, acceso a la llamada escala de longitud mesoscópica, es decir., la escala entre unos pocos nanómetros y unos pocos cientos de nanómetros, aproximadamente entre el tamaño de una hebra de ADN humano y aproximadamente una centésima parte del ancho de un cabello humano. Este es un régimen de tamaño muy importante en el que se realizan muchas propiedades macroscópicas del material. El método SANS es particularmente útil para que los científicos de materiales les ayuden a comprender los imanes que producen en sus laboratorios.

"Por ejemplo, se puede utilizar la técnica SANS magnética para decidir si un material en particular está compuesto de dominios magnéticos homogéneos o no homogéneos; estas son regiones dentro del imán donde los giros apuntan en una determinada dirección, "explica el profesor Michels. Esta pregunta es relevante para mejorar los parámetros característicos como la coercitividad o el producto energético máximo de los imanes permanentes libres de tierras raras, una clase de materiales de energía magnética que actualmente está en el foco de muchos investigadores en todo el mundo. Otro ejemplo se relaciona con las propiedades mecánicas del acero, que es probablemente uno de los materiales magnéticos funcionales más antiguos e importantes. La dureza mecánica del acero de los recipientes a presión del reactor, utilizado en plantas de energía nuclear, está determinado decisivamente por la presencia de vacíos (poros). La siguiente figura muestra la estructura de espín calculada numéricamente alrededor de un nanoporo esférico; el formalismo del libro permite detectar su firma en la sección transversal de dispersión de neutrones.

El libro ha surgido al "casar" dos campos relativamente antiguos de la física:la teoría de los micromagnéticos, por un lado, y el formalismo de dispersión de neutrones, por el otro. La micromagnética se usa comúnmente para analizar la distribución de magnetización o el bucle de histéresis de materiales magnéticos, mientras que la dispersión de neutrones se emplea para obtener información microscópica sobre la estructura y dinámica de los materiales. "Antes, La micromagnética y la dispersión de neutrones eran dos comunidades separadas que no hablaban mucho entre sí, ", añade Michels. Con la publicación del libro, y a través de la organización de talleres internacionales como el de la Fuente Europea de Espalación en Lund, Se espera que la metodología combinada de micromagnetismo y SANS se esté generalizando, para que la investigación sobre materiales magnéticos pueda seguir avanzando.

Viendo hacia adelante, ¿Cuáles son los desafíos para los próximos años? Claramente, Es necesario realizar mucha investigación sobre los llamados sistemas complejos, que son materiales que exhiben una multitud de interacciones en diferentes escalas de longitud; ejemplos son los ferrofluidos, aceros magnéticos, vasos giratorios o imanes amorfos. Es este subcampo donde se espera lograr un mayor progreso en los próximos años; principalmente a través del mayor uso de simulaciones micromagnéticas numéricas a gran escala, que es un enfoque muy prometedor para la comprensión de la SANS magnética de sistemas que exhiben inhomogeneidad de espín a nanoescala.

El público objetivo del libro está formado por estudiantes de posgrado, posdoctorados e investigadores senior que trabajan en el campo del magnetismo y los materiales magnéticos. Es de esperar que el formalismo y los conceptos que se presentan en el libro les permitan analizar e interpretar sus experimentos SANS ", explica el profesor Andreas Michels." Me tomó unos tres años escribir el libro, y ahora estoy más que feliz de ver su publicación, "dice Michels. La monografía está disponible como edición de tapa dura y como libro electrónico, y se puede pedir en las librerías de todo el mundo.