La gente suele asociar los hologramas con tecnologías de visualización 3D futuristas, Pero en la realidad, Las tecnologías holográficas se están utilizando ahora para estudiar materiales a nivel atómico. Rayos X, una forma de luz de alta energía, se utilizan a menudo para estudiar la estructura atómica. Sin embargo, Los rayos X solo son sensibles al número de electrones asociados con un átomo. Esto limita el uso de rayos X para estudiar materiales compuestos por elementos más ligeros. Las mediciones de neutrones a menudo pueden llenar los vacíos estructurales cuando fallan las mediciones de rayos X, pero los rayos de neutrones son más difíciles de producir y tienen menor intensidad que los rayos X, lo que limita su versatilidad.

Ahora, una colaboración entre investigadores japoneses de instalaciones nacionales de aceleradores de partículas en todo Japón ha desarrollado una nueva técnica de holografía de neutrones de longitud de onda múltiple que puede dar una idea de estructuras previamente desconocidas. Demostraron un nuevo método holográfico de neutrones utilizando un monocristal de CaF2 dopado con europio y obtuvieron imágenes atómicas tridimensionales claras alrededor de Ca divalente trivalente sustituido con Eu, revelando características de intensidad nunca antes vistas de la estructura local que le permite mantener la neutralidad de carga.

"Sabíamos que la holografía de neutrones podría darnos más información sobre la estructura de un cristal de fluoruro de calcio dopado con europio, "dice el autor principal Kouichi Hayashi." Los iones de europio añaden una carga positiva adicional a la estructura cristalina, y nuestros hologramas de neutrones mostraron cómo los átomos de flúor se dispusieron en la red para equilibrar este exceso de carga. Este tipo de problemas estructurales los encuentran a menudo los científicos de materiales que desarrollan nuevos materiales electrónicos, y nuestro método ofrece una nueva y emocionante herramienta para estos investigadores ".

El nuevo método holográfico funciona disparando neutrones con velocidad controlada a una muestra, que en este caso son los cristales de fluoruro de calcio dopados con europio. Los neutrones normalmente se consideran partículas, pero también tienen propiedades ondulantes similares a la luz, dependiendo de su velocidad. Cuando los neutrones chocan contra los átomos de europio, Los rayos gamma se producen en un patrón controlado por la estructura local. Los patrones de rayos gamma, u hologramas, medidos a partir de neutrones que viajan a diferentes velocidades se combinan para producir una representación tridimensional de los átomos de europio en el cristal.

Hayashi dice:"Las fuentes de neutrones son menos intensas que las fuentes de rayos X, pero es esencial que solucionemos este problema para desarrollar métodos más efectivos para explorar estructuras con elementos ligeros. Nuestro trabajo aquí representa un paso hacia una caja de herramientas completa de comentarios sobre técnicas de rayos X y neutrones para la investigación de materiales ".