Een gezamenlijk onderzoeksteam bestaande uit NIMS, JAEA en het Institut Laue Langevin hebben een hogedrukcel ontwikkeld die is samengesteld uit volledig niet-magnetische materialen. Het team slaagde er vervolgens voor het eerst in om met behulp van de cel neutronenpolarisatie in drie dimensies te analyseren bij een extreem hoge druk van enkele gigapascals. Deze techniek is toepasbaar op gedetailleerde analyse van elektronenspin-arrangementen. Het team ontdekte ook een materiaal met potentieel als een pc-geheugenmateriaal van de volgende generatie vanwege de multiferroïsche eigenschappen die het onder hoge druk vertoonde. De techniek kan worden gebruikt om door druk geïnduceerde veranderingen in elektronenspin-rangschikkingen in verschillende materialen te begrijpen en om nieuwe materialen te ontwikkelen door spins te beheersen.

Elektronenspins bepalen fundamenteel de magnetische eigenschappen van materialen. Recent onderzoek gericht op het beheersen van elektronenspins heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe functionele materialen, inclusief multiferroïsche materialen. Het gebruik van neutronendiffractietechnieken, die het mogelijk maken om spin-arrangementen in materialen te observeren, is onmisbaar bij deze inspanningen op het gebied van materiële ontwikkeling. Driedimensionale neutronenpolarisatieanalyse is bijzonder effectief bij het bepalen van precieze spinrangschikkingen terwijl de driedimensionale neutronenspinoriëntaties worden gecontroleerd. Echter, gebruik van deze techniek vereist een cel waarin een monstermateriaal in een volledig niet-magnetische toestand kan worden gehouden om de mate van neutronenspinpolarisatie die specifiek is voor het monster te behouden. Conventionele hogedrukcellen zijn ongeschikt voor gebruik in deze analyse omdat ze zijn samengesteld uit magnetische materialen die magnetische flux genereren.

In dit onderzoek, het door NIMS geleide team ontwikkelde een volledig niet-magnetische hogedrukcel door conventionele magnetische celmaterialen te vervangen door niet-magnetische composietmaterialen gemaakt van diamantdeeltjes. Het team bevestigde vervolgens dat het gebruik van de nieuw ontwikkelde cel de mate van neutronenspinpolarisatie in een monstermateriaal niet vermindert. Het team ontdekte ook een materiaal dat niet-ferro-elektrisch is bij normale atmosferische druk in een niet-magnetische omgeving, maar ferro-elektrisch en multiferroïsch wordt wanneer het wordt blootgesteld aan enkele tienduizenden atmosfeerdruk.

De in dit onderzoek ontwikkelde techniek kan niet alleen worden toegepast voor de ontwikkeling van multiferroïsche materialen, maar ook voor de ontwikkeling van supergeleidende en andere functionele materialen waarvan de functionaliteiten nauw verband houden met spinrangschikkingen.