Folk brukar associera hologram med futuristiska 3D-displaytekniker, men i verkligheten, holografiska tekniker används nu för att studera material på atomnivå. Röntgen, en hög energiform av ljus, används ofta för att studera atomstruktur. Dock, Röntgenstrålar är bara känsliga för antalet elektroner associerade med en atom. Detta begränsar användningen av röntgenstrålar för att studera material som består av lättare element. Neutronmätningar kan ofta fylla i de strukturella luckorna när röntgenmätningar misslyckas, men neutronstrålar är svårare att producera och har lägre intensitet än röntgenstrålar, vilket begränsar deras mångsidighet.

Nu, ett samarbete mellan japanska forskare från nationella partikelacceleratoranläggningar i hela Japan har utvecklat en ny neutronholografiteknik med flera våglängder som kan ge inblick i tidigare okända strukturer. De demonstrerade en ny neutronholografisk metod med hjälp av en europium-dopad CaF2-enkristall och erhöll tydliga tredimensionella atombilder kring trivalent Eu-substituerad divalent Ca, avslöjar aldrig tidigare sett intensitetsegenskaper hos den lokala strukturen som gör att den kan behålla laddningsneutralitet.

"Vi visste att neutronholografi kan kunna berätta mer om strukturen hos en europium-dopad kalciumfluoridkristall, "säger huvudförfattaren Kouichi Hayashi." Europiumjoner tillför kristallstrukturen extra positiv laddning, och våra neutronhologram visade hur fluoratomer arrangerade i gallret för att balansera denna överskottsladdning. Sådana strukturella problem möts ofta av materialforskare som utvecklar nya elektroniska material, och vår metod erbjuder ett spännande nytt verktyg för dessa forskare. "

Den nya holografiska metoden fungerar genom att skjuta neutroner med kontrollerad hastighet vid ett prov, som i detta fall är de europium-dopade kalciumfluoridkristallerna. Neutroner betraktas normalt som partiklar, men har också vågliknande egenskaper som liknar ljus, beroende på deras hastighet. När neutronerna träffar europiumatomer, gammastrålar produceras i ett mönster som styrs av den lokala strukturen. Gammastrålmönstren, eller hologram, mätt från neutroner som reser med olika hastigheter kombineras för att producera en tredimensionell representation av europiumatomerna i kristallen.

Hayashi säger, "Neutronkällor är mindre intensiva än röntgenkällor, men det är viktigt att vi arbetar kring denna fråga för att utveckla effektivare metoder för att utforska strukturer med ljuselement. Vårt arbete här representerar ett steg mot en fullständig verktygslåda med kommentarer röntgen- och neutrontekniker för materialforskning. "