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Concept
Spectroscopie neutronique à écho de spin
Résumé
La 'spectroscopie neutronique à écho de spin' (neutron spin echo ou NSE en anglais) est une technique de spectroscopie proposée dès 1972 par Ferenc Mezei. Les instruments dédiés permettent d'étudier des phénomènes relativement lents à l'échelle microscopique, avec des temps caractéristiques allant jusqu'à quelques centaines de nanosecondes. Son utilisation sur la base de spectromètres à trois axes permet également d'améliorer leur résolution en énergie d'au moins deux ordres de grandeur (E de l'ordre du eV).
À la base, la technique utilise la précession de Larmor d'un moment magnétique autour de la direction d'un champ d'induction statique. Le moment en question est celui porté par le neutron et généré par le spin 1/2 qu'il porte. La fréquence angulaire de rotation du spin est donnée par la relation
où = 2916 Hz.G est le facteur magnétogyrique du neutron, la norme du vecteur d'induction appliqué.
Considérons le cas d'un faisceau monochromatique de neutrons de vitesse . S'ils volent sur une distance où le champ est appliqué, la phase accumulée sera donnée par
où est la longueur d'onde associée à la vitesse , = 1,675 . 10 kg la masse du neutron et = 6,626 . 10 J.s la constante de Planck. On voit que pour des valeurs de suffisamment élevées, la mesure de la phase offre une évaluation précise de la longueur d'onde . Cette propriété est à la base de la spectroscopie à écho de spin neutronique. En effet, dans un tel spectromètre, il s'agit d'insérer un échantillon entre deux régions de même longueur où règne un champ magnétique identique mais dans des directions opposées. On peut montrer que la phase totale mesurée en sortie de ce dispositif s'écrit
où le signe "-" provient du fait que les deux champs magnétiques pointent dans des directions opposées et est la longueur d'onde du neutron respectivement avant et après interaction avec l'échantillon. Si les neutrons n'échangent pas d'énergie avec l'échantillon, alors et donc .
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