nc oh é re n t [U. A]
expérience sim ulation
figure III.23 :
Intensité de la diffusion incohérente, en unité arbitraire, pour 4 échantillons de plexiglas d’épaisseurs différentes, et simulation de cette intensité avec Diff = 0.39 mm-1HW Abs = 0.05 mm-1.
On peut voir que l’absorption permet, d’une part d’expliquer le rapport de flipping mesuré pour l’échantillon de 3 mm d’épaisseur et, d’autre part, de justifier l’évolution de l’intensité de l’incohérent en fonction de l’épaisseur de l’échantillon. Mais, les écarts observés sur la figure III.23 suggèrent que la densité en éléments absorbants n’est pas égale pour tous les échantillons.
III.5 Conclusions.
Ce travail sur la mesure du rapport de flipping de l’incohérent de spin issu d’échantillons protonés, a été motivé par la recherche d’une nouvelle méthode de détermination de l’intensité de la diffusion incohérente par analyse de polarisation. On a vu que la diffusion multiple, même dans le cas d’échantillons minces, influe de manière importante ce rapport de flipping. Cependant, grâce à une simulation Monté Carlo basée sur un modèle assez simple, on peut tenir compte de la diffusion multiple ainsi que de l’absorption des neutrons.
Même si cette simulation pose encore quelques problèmes, on peut penser que ces premiers résultats sont encourageants et que la simulation du rapport de flipping est effectivement quelque chose de réalisable pour un échantillon non absorbant, ou d’absorption connue. Ceci rend possible la méthode de détermination de l’incohérent par analyse de spin, en utilisant par exemple un filtre à 3He, comme cela est décrit dans le paragraphe III.1.c.
La simulation peut également permettre de calculer directement l’intensité de l’incohérent. La figure III.23 montre en effet que l’évolution de l’intensité de l’incohérent, prévue par la simulation, concorde assez bien avec les mesures expérimentales. Des travaux récents, concernant la simulation des effets de la forme de l’échantillon sur l’incohérent, sont rapportés dans la référence [Carsughi2000].
IV Références.
[Bellissent91] M. C. Bellissent-Funel, L. Bosio & J. Teixeira, The inelasticity
correction for liquid water in neutron scattering, J. Phys. : Condens. Matter, 3, 4065-4074, (1991).
[Carsughi2000] F. Carsughi, R. P. May, R. Plenteda & J. Saroun, Sample geometry effect
on incoherent small-angle scttering of light water, J. Appl. Cryst, 33, 112-117, (2000).
[Glättli89] H. Glättli, C. Fermon, M. Eisenkremer & M. Pinot, Small angle neutron
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[Grinten93] M.G.D. van der Grinten, Diffusion de neutrons aux petits angles,
variation de contraste par polarisation dynamique., Thèse de doctorat, Paris XI, Orsay, (1993).
[Guinier55] A. Guinier & G. Fournet, Small-Angle scattering of X-rays, Wiley, New York, (1955).
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[Knop92] W. Knop, M. Hirai, H.-J. Schink, H. B. Stuhrmann, R. Wagner & J. Zhao, A New Polarised Target for Neutron Scattering Studies on
Biomolecules : First Results from Apoferritin and the Deuterated 50S Subunit of Ribosomes., J. Appl. Cryst, 25, 155-165, (1992).
[Rich2001] D. R. Rich et al., Physica B, 305, 203-207, (2001).
[Roberts2001] T. W. Roberts et al., The current status of the 3He neutron spin filter
(NSF) project at the ILL, Physica B, 297, 282-287, (2001). [Schärpf89] O. Schärpf, Physica B, 156 & 157, 639, (1989).
Chapitre IV
Observation de domaines de polarisation
nucléaire par diffusion de neutrons.
L’étude des mécanismes de polarisation dynamique par effet solide a été initialement motivée par la réalisation de cibles de protons polarisés pour la physique des hautes énergies. Pour cette raison, les travaux de l’époque ont principalement porté sur l’étude macroscopique de la polarisation nucléaire et ce, dans des états d’équilibre de la polarisation dynamique. Les propriétés de la période transitoire, liée au commencement de la polarisation dynamique, ont été peu étudiées du fait de la brièveté de cette période.
Dans ce chapitre, nous allons étudier l’évolution spatiale et temporelle de la polarisation nucléaire dans des situations hors équilibre. La sensibilité des neutrons à la polarisation nucléaire des protons, étudiée dans le chapitre précédent, va nous permettre d’accéder aux fluctuations spatiales de cette polarisation. De plus, le développement de cycles expérimentaux permettant de reproduire un grand nombre de fois un état hors équilibre, associé à une acquisition des neutrons aux petits angles résolue en temps, va nous permettre d’étudier la cinétique de la polarisation dynamique.
Les travaux réalisés à l’Institut Laue-Langevin (ILL), au Laboratoire Léon Brillouin (LLB) et au Paul Scherrer Institut (PSI) ont deux motivations principales : d’une part l’étude physique du mécanisme de polarisation, qui jusqu’à aujourd’hui n’est que partiellement compris au niveau microscopique, et d’autre part le développement d’une méthode de renforcement du contraste de diffusion de neutrons par un centre paramagnétique. Cette seconde application est liée à l’image intuitive suivante : dans les premiers instants de la polarisation dynamique, tout porte à croire que l’on va créer une bulle de protons hyperpolarisés autour des centres paramagnétiques créant l’effet solide. Cette bulle, grâce au principe de la variation de contraste par polarisation nucléaire, peut augmenter la diffusion cohérente des neutrons jusqu’à un facteur 100 par rapport à celle que l’on obtient du seul fait du moment magnétique porté par l’impureté paramagnétique.
Nous subdiviserons ce chapitre en six parties.
Dans un premier temps, nous aborderons des aspects théoriques sur la polarisation dynamique complétant ceux exposés dans le chapitre II. Puis, dans un deuxième temps, nous exposerons des résultats expérimentaux préliminaires, ultérieurs ou que nous avons réalisé, avant de décrire, dans un troisième temps, les différents cycles de polarisation utilisés afin de créer des états hors équilibre de polarisation. Après ces résultats expérimentaux, on s’intéressera à une modélisation de l’échantillon qui permet de déduire la polarisation des protons proches de l’impureté paramagnétique à partir de la diffusion des neutrons, puis nous comparerons les résultats obtenus à partir de différents échantillons. Enfin, nous présenterons une simulation de la propagation de la polarisation nucléaire au sein d’un réseau cubique de protons.