Investigación de materiales

Es fundamental tener conocimiento sobre los materiales para hallar soluciones a una serie de nuevas necesidades sociológicas y tecnológicas en la salud, la energía, la seguridad nacional y el medio ambiente. Esto, a su vez, requiere dominar distintas técnicas experimentales e informáticas para desvelar y optimizar las propiedades de los materiales.

Las técnicas de haces de neutrones están bien establecidas y se han hecho indispensables para caracterizar en detalle las estructuras atómicas y magnéticas y la dinámica de muchas nuevas clases de importantes materiales y su procesamiento. Ellas han aumentado significativamente el conocimiento en ámbitos como la física y la química de la materia condensada, la nanotecnología, la ciencia de polímeros, las ciencias biológicas, la investigación sobre energía sostenible, los sensores y los materiales inteligentes, la biotecnología, la ingeniería y la arqueología.

Dos tipos de interacciones de los neutrones con la materia hacen que la dispersión neutrónica sea un elemento de importancia singular para la investigación de los materiales: las interacciones nucleares fuertes de corto alcance y las interacciones electromagnéticas debidas al momento magnético de los neutrones. Como los neutrones no tienen carga eléctrica neta, pueden penetrar los materiales y hacer que los objetos metálicos sean en gran medida transparentes al paso de los neutrones.

Entre otras muchas funciones de ingeniería, los neutrones térmicos también contribuyen sobremanera a localizar átomos ligeros, como los de hidrógeno y oxígeno, en estructuras intrincadas y de ese modo resuelven la disposición de momentos magnéticos en sistemas magnéticos complejos y evalúan la distribución del estrés residual en componentes mecánicos. Los medios típicos para esta aplicación son, por ejemplo, los materiales para el almacenamiento de hidrógeno, los electrolitos y los materiales que se emplean en baterías, así como películas magnéticas. El efecto de la sustitución isotópica se aprovecha para determinar la ubicación precisa de los átomos de hidrógeno, como en polímeros o moléculas biológicas.