保羅謝勒研究所的科學家開發了一種新方法，可以精確地測量強磁場，使用從SINQ散裂源獲得的中子。因此，在未來，將有可能測量已經安裝在設備中磁鐵的磁場，從而使其他探測技術無法測量，其研究成果發表在了《自然通訊》期刊。中子，顧名思義，是電中性的，幾乎是所有原子核的組成部分，由於所謂的自旋，中子與磁場相互作用。
保羅謝勒研究所PSI的研究人員現在已經證明，這個特性可以用來可視化磁場。研究使用極化中子，這意味著所有的中子都有相同的自旋方向。如果極化中子束穿過磁場，就能在磁場後面探測到中子束的折射。從折射圖中可以重建磁場，特別是磁場強度的差異。這種方法，也稱為偏振中子光柵干涉法(pnGI)，首次被用於測量磁場。
比地球磁場強一百萬倍
偏振中子光柵干涉法可用於測量非常強的磁場，其梯度強度約為每厘米1特斯拉。保羅謝勒研究所PSI的中子研究員克里斯蒂安•格倫茨威格表示：這使得磁場強度可以達到地球磁場強度的100萬倍左右，到目前為止，中子只能用來測量明顯較弱的磁場。
從交流發電機到核磁共振成像系統
這種新方法有許多應用前景，最重要的是中子能無損地穿透大多數材料。這項研究的第一作者、PSI的博士生雅各布•瓦爾塞奇(Jacopo Valsecchi)解釋說：還可以探測難以探測到的磁場，因為它們已經內置在設備中。應用範圍從交流發電機到能源供應系統的許多組件，從醫學上使用的磁共振成象系統到磁場。研究人員用計算機模型模擬了預期的測量結果，證明了該方法是有效的。
然後，驗證了通過實際測量是否可以得到類似的結果，模擬結果和實際測量結果非常吻合。用這種新方法，磁場的波動也能被探測到。例如，即使是永磁體，比如冰箱門上常見的磁鐵，也沒有均勻的磁場，現在可以探測到可能的梯度，即使磁場非常強。中子的固有磁矩與其電荷中性相結合，是一種獨特的性質，可以用來研究物質中的磁現象。
在此研究中提出如何利用冷極化中子束在中子光柵干涉術中，使可視化和表征磁性能在微觀尺度上的宏觀樣品。被測信號來源於磁勢引起的相移，能夠探測到以前無法探測到的磁場梯度，其階數為T cm - 1，將探測範圍擴大了一個數量級。將方形單軸磁場引起的相移可視化並量化，並基於霍爾探針測量磁場分布的理論計算驗證了實驗結果，這使研究進一步擴展到非均勻和各向異性磁場分布的研究。
博科園｜研究/來自：保羅謝勒研究所
參考期刊《自然通訊》
DOI: 10.1038/s41467-019-11590-2
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