Des chercheurs de l'Université McGill ont accédé au CNBC pour prouver qu'il est possible de diffuser des neutrons sur des composés de gadolinium, ce qui leur a permis d'attirer des collaborateurs internationaux.
Les faisceaux de neutrons sont des outils puissants pour l'étude d'un large éventail de matériaux, des matériaux biologiques aux matériaux industriels, en passant par les matériaux d'intérêt fondamental pour les physiciens. Pourtant, il existe une catégorie de matériaux que de nombreux chercheurs considèrent souvent comme impossible à étudier par diffraction des neutrons, car ils contiennent des éléments qui absorbent fortement les neutrons au lieu de les diffuser.
Le Professeur Dominic Ryan, de l'Université McGill, a eu accès au CNBC pour réaliser l'impossible. Il a ainsi mis en place un vaste réseau de collaborateurs internationaux des États-Unis et d'Europe pour étudier les matériaux qui ont des applications dans le stockage de données et le refroidissement magnétique et qui contiennent ces éléments absorbant les neutrons.
De tous les éléments, c'est le gadolinium qui a la plus forte tendance à absorber les neutrons : près de dix fois plus que le samarium, qui vient en deuxième position, et environ 10 000 fois plus que des métaux comme le fer et le cuivre, qui sont couramment examinés par diffraction des neutrons. Pourtant, Ryan a travaillé avec le personnel de CNBC pour mettre au point un moyen de réaliser la diffraction des neutrons sur poudre sur des alliages de gadolinium et de germanium dopés au silicium, comme le Gd5Si2Ge2, qui a un effet magnétocalorique géant très important. Dans les matériaux magnétocaloriques, la température peut être considérablement modifiée en contrôlant un champ magnétique autour d'eux, une propriété qui peut être utilisée pour une réfrigération efficace.
Alors que d'autres chercheurs avaient découvert des ordres magnétiques et structurels complexes dans ces alliages, l'incapacité d'utiliser la diffraction des neutrons pour résoudre les structures a empêché la réalisation d'une étude complète. Ryan a surmonté les difficultés en développant un porte-échantillon plat à faible bruit de fond, en étalant une très fine couche d'alliage en poudre sur la plaque afin d'utiliser toute la surface du faisceau de neutrons, et en collectant des données pendant de longues périodes. Les expériences ont prouvé que l'impossible était possible et ont permis de résoudre des aspects essentiels de l'ordre magnétique et structurel de ces alliages. Ces expériences ont été étendues à plusieurs autres matériaux, notamment à de nouveaux supraconducteurs à haute température à base de fer et au GdCo12-xFexB6, ce qui a montré que les méthodes alternatives utilisées précédemment pour caractériser ces matériaux donnaient indirectement des résultats inexacts.
Les chercheurs du monde entier, qui pensaient auparavant ne pas pouvoir utiliser les faisceaux de neutrons pour étudier leurs matériaux très absorbants, appellent désormais le Professeur Ryan, qui peut le faire en utilisant la CNBC.
doi:10.1088/0953-8984/25/31/316001
Cet article de recherche a été republié avec l’autorisation de l’Institut canadien de diffusion des neutrons.
