Voor het eerst ter wereld, NIMS, JAEA en J-PARC zijn er samen in geslaagd om elektronenspin-rangschikkingen in monstermaterialen te observeren door een neutronenbundel op een monster aan te brengen en de neutronen die er doorheen worden doorgelaten te kwantificeren. Conventionele methoden voor het meten van neutronen die door de spins onder verschillende hoeken worden verstrooid, zijn in principe onverenigbaar met apparatuur in de monsteromgeving die de verstrooide neutronen blokkeert. De nieuw ontwikkelde methode meet de lineaire transmissie van neutronen door een monstermateriaal van een neutronenbundelbron, deze moeilijkheid te minimaliseren. Dus, de nieuwe transmissiespectroscopie is een veelbelovend instrument voor metingen van spinopstellingen onder verschillende extreme omstandigheden.

Extreme omstandigheden zoals ultrahoge druk, ultrahoog magnetisch veld, en ultra-lage temperaturen zijn aantrekkelijke grenzen in magnetisme. Neutronendiffractometrie die neutronen meet die door de spins onder verschillende hoeken worden verstrooid, is een uniek hulpmiddel geweest om de spin-rangschikkingen direct te verduidelijken. Echter, het is niet eenvoudig om onder extreme omstandigheden neutronen te meten die op het monster zijn verspreid, omdat de generaties van zulke extreme omstandigheden mogelijk zijn in kleinere, smaller, of dunnere monsterruimte in de monsteromgevingsapparatuur; bijgevolg, de apparatuur dekt bijna alle aspecten van de verstrooide neutronen.

Wanneer een neutronenbundel wordt toegepast op een monstermateriaal, de neutronen die door het materiaal worden doorgelaten, verzwakken evenredig met de mate waarin ze worden verstrooid. Het door NIMS geleide onderzoeksteam veronderstelde daarom dat spin-arrangementen in materialen kunnen worden gekarakteriseerd door eenvoudig de uitgezonden neutronen te meten. Het team paste neutronenpulsen toe die bij J-PARC werden geproduceerd op een nikkeloxidemonster met bekende spinconfiguraties en analyseerde de relatie tussen de intensiteit en golflengte van neutronen die door het materiaal worden uitgezonden. Het team ontdekte dat de transmissie-intensiteit van neutronen met specifieke golflengten, waarvan verwacht werd dat ze zouden reageren op bekende spin-arrangementen, erg laag was. Invallende neutronenbundels worden altijd lineair door een monstermateriaal geleid, Vandaar, de nieuwe methode vereist slechts één klein doorgaand gat in apparatuur voor monsteromgevingen en verbetert de flexibiliteit in het ontwerp van de apparatuur aanzienlijk.

Deze studie toonde aan dat neutronentransmissiemetingen een effectieve methode zijn om spinarrangementen in materialen onder verschillende extreme omstandigheden te karakteriseren. In toekomstige studies, we zullen gebruik maken van het werkingsprincipe van deze methode om multi-extreme conditiegenererende apparaten te ontwerpen, het zoeken naar nieuwe spinarrangementen te vergemakkelijken. In aanvulling, toepassing van de nieuwe methode (lineaire transmissie van invallende bundels door monstermaterialen) op neutronenradiografie zou niet-destructieve observatie van de spintoestand in magnetische apparaten mogelijk maken, hetgeen met bekende technieken onmogelijk was te bereiken. Dit zou de ontwikkeling van meer geavanceerde magnetische apparaten kunnen vergemakkelijken.