Professor Andreas Michels, fysiker vid universitetet i Luxemburg, utforskar den komplexa världen av magnetiska material genom att skjuta neutroner på dem. Han har nu publicerat sina insikter i en monografi på 380 sidor med titeln "Magnetic Small-Angle Neutron Scattering-A Probe for Mesoscale Magnetism Analysis." Boken ges ut av Oxford University Press.

Som ett resultat av mer än två decennier av experimentell, teoretisk, och simuleringsforskning, Professor Andreas Michels har nu skrivit den första boken som uteslutande är dedikerad till den specifika neutrontekniken för magnetisk liten vinkel neutronspridning (SANS). "När du vill veta var magnetiska atomer finns i ett material och hur de rör sig, du måste använda neutronspridning, "säger prof. Andreas Michels. Neutronen är en elementär partikel som bär ett magnetiskt moment eller snurr. Som sådan, man kan tänka sig neutronen som en liten kompassnål, som, när den avböjs eller sprids av en magnet, ger information om strukturen och dynamiken hos de atomer som komponerar materialet. Mängden intresse för ett neutronspridningsexperiment, det så kallade spridningstvärsnittet, beror på fördelningen av snurr på det studerade materialet och dess analys ger viktig information om de magnetiska egenskaperna.

Prof. Michels fortsätter "Den magnetiska SANS -metoden är oumbärlig vid studier av magnetiska material; man kan använda den för att undersöka allt från permanentmagneter, magnetiska stål, komplexa oxider och legeringar, ferrofluids, magnetiska nanopartiklar, till superledare och de nyligen upptäckta skyrmionkristallerna. "Anledningen till dess betydelse för kondensmaterial och materialfysik ligger i det faktum att magnetiska SANS tillhandahåller, ganska unikt, tillgång till den så kallade mesoskopiska längdskalan, d.v.s. skalan mellan några nanometer och några hundra nanometer - ungefär mellan storleken på en sträng mänskligt DNA till ungefär en hundradel av bredden på ett människohår. Detta är en mycket viktig storleksordning där många makroskopiska materialegenskaper realiseras. SANS -metoden är särskilt användbar för materialforskare för att hjälpa dem att förstå magneterna som de producerar i sina laboratorier.

"Till exempel, man kan använda den magnetiska SANS -tekniken för att avgöra om ett visst material består av homogena eller inhomogena magnetiska domäner; dessa är områden inuti magneten där snurren pekar i en viss riktning, "förklarar prof. Michels. Denna fråga är av relevans för att förbättra de karaktäristiska parametrarna, såsom koerciviteten eller den maximala energiprodukten av permanenta magneter av sällsynta jordartsmetaller, en klass av magnetiska energimaterial som för närvarande står i fokus för många forskare världen över. Ett annat exempel avser de mekaniska egenskaperna hos stål, vilket förmodligen är ett av de äldsta och viktigaste funktionella magnetiska materialen. Den mekaniska hårdheten hos reaktortryckskärlstål, används i kärnkraftverk, bestäms avgörande av närvaron av hålrum (porer). Figuren nedan visar den numeriskt beräknade spinnstrukturen runt en sfärisk nanopor; bokens formalism gör att man kan upptäcka sin signatur i neutronspridningstvärsnittet.

Boken har kommit fram genom att "gifta" sig med två relativt gamla områden inom fysik-teorin om mikromagnetik å ena sidan och neutronspridande formalism å andra sidan. Mikromagnetik används vanligtvis för att analysera magnetiseringsfördelningen eller hystereslingan för magnetiska material, medan neutronspridning används för att erhålla mikroskopisk information om materialets struktur och dynamik. "Innan, mikromagnetik och neutronspridning var två disjungerade samhällen som inte pratade mycket med varandra, "tillägger Michels. Med bokens publicering, och genom att organisera internationella workshops som den på European Spallation Source i Lund, man hoppas att den kombinerade mikromagnetiska &SANS -metoden blir allt mer utbredd, så att forskning om magnetiska material kan utvecklas ytterligare.

Ser fram emot, vad är utmaningarna för de kommande åren? Klart, mycket forskning behöver utföras på så kallade komplexa system, som är material som uppvisar en mångfald interaktioner på olika längder; exempel är ferrofluids, magnetiska stål, snurrglasögon eller amorfa magneter. Det är detta underfält där stora framsteg förväntas göras under de kommande åren. främst genom den ökade användningen av storskaliga numeriska mikromagnetiska simuleringar, vilket är ett mycket lovande tillvägagångssätt för förståelsen av magnetiska SANS från system som uppvisar nanoskala snurrinhomogenitet.

Bokens målgrupp består av doktorander samt postdoktorer och seniorforskare som arbetar inom magnetism och magnetiska material. Den formalism och begrepp som beskrivs i boken kommer förhoppningsvis att göra det möjligt för dem att analysera och tolka deras SANS -experiment. "Förklarar professor Andreas Michels." Det tog mig ungefär tre år att skriva boken, och jag är nu mer än glad över att se dess publicering, "säger Michels. Monografin finns som inbunden upplaga och som e-bok, och kan beställas i bokhandlar runt om i världen.