La espectroscopia de neutrones es una herramienta importante para estudiar las propiedades magnéticas y termoeléctricas de los materiales. Pero a menudo la resolución, o la capacidad del instrumento para ver detalles finos, es demasiado tosco para observar claramente características que identifican fenómenos novedosos en nuevos materiales avanzados.

Para resolver este problema, Fahima Islam, Jiao Lin, y Garrett Granroth, investigadores de la Dirección de Ciencias de Neutrones (NScD) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE), desarrolló un nuevo software de superresolución, llamado SRINS, eso facilita que los científicos comprendan mejor las propiedades dinámicas de los materiales mediante la espectroscopia de neutrones. Combinando datos de neutrones de múltiples detectores a través de un algoritmo especial, el software utiliza múltiples mediciones de la misma propiedad del material desde diferentes perspectivas para proporcionar a los investigadores resultados que tienen una resolución hasta cinco veces más fina que los producidos mediante técnicas tradicionales de reducción de datos de espectroscopía.

"Con este software, podemos mejorar la resolución de los datos de dispersión de neutrones medidos en un espectrómetro de geometría directa en un factor de cinco sin instalar ningún hardware nuevo. Esta innovación puede conducir a más desarrollos que aprovechen la investigación del procesamiento de imágenes en la ciencia de datos de neutrones para la comunidad global de dispersión de neutrones. "dijo Lin.

La espectroscopia de neutrones es una técnica de dispersión de neutrones que se utiliza para detectar y medir firmas de energía que surgen de la dinámica interna del material. Esas firmas brindan a los científicos una visión única de cómo se comportan los materiales, especialmente aquellos con propiedades termoeléctricas y magnéticas. Los científicos pueden utilizar esta información para generar nuevos materiales avanzados para aplicaciones futuras.

"El estudio de estas firmas de energía es una investigación fundamental, pero es una investigación fundamental con un propósito. Los datos que recopilamos con espectroscopía de neutrones podrían hacer contribuciones significativas a cosas como computadoras cuánticas y sistemas de enfriamiento de próxima generación, "dijo Granroth.

Para facilitar a los investigadores la tarea de sentar las bases para futuros logros científicos, Islam, Lin, y Granroth trabajaron junto a colegas del Grupo de Matemática Computacional y Aplicada (CAM) de ORNL para crear un algoritmo que mejora en gran medida la resolución de los datos producidos con espectroscopía de neutrones. Luego, usando el lenguaje de programación Python, codificaron su algoritmo en un software que los científicos de todo el mundo pueden instalar en sus instrumentos de espectroscopia de neutrones.

"Es solo un prototipo, pero hemos tenido un éxito notable hasta ahora. Para comparacion, Mejorar tanto la resolución de datos mediante la instalación de nuevos equipos habría requerido una instrumentación mucho más grande que es inviable de construir. Con este software, podemos conservar recursos y aún realizar mejoras drásticas en nuestras capacidades de espectroscopia de neutrones. Y tiene el potencial de mejorar la resolución de muchas mediciones de dispersión de neutrones, no solo espectroscopia, "dijo Fahima.

"Oak Ridge es único en el hecho de que tenemos varias instalaciones líderes en el mundo justo al lado del otro. Tener la oportunidad de trabajar con mis colegas en ciencia innovadora como este software fue realmente emocionante, "dijo Richard Archibald, un matemático aplicado con CAM que ayudó al Islam, Lin, y Granroth desarrollan el software.

Islam, Lin, y Granroth esperan que su nuevo software no solo conduzca a nuevos desarrollos en la investigación de materiales avanzados en Oak Ridge, pero también tienen un gran impacto en el campo de la dispersión de neutrones en general.

"Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo publicado que muestra una aplicación de la superresolución a los neutrones. Estamos a la vanguardia de una nueva y emocionante tendencia que ayudará a otras instalaciones de dispersión de neutrones a mejorar también su propia resolución de datos. "dijo Lin.