La colaboración internacional ha proporcionado una nueva capacidad para medir el movimiento colectivo de nanoescales para materiales blandos, biológicos y cuánticos en los Estados Unidos.
El espectrómetro de eco de giro de neutrones (ν-NSE) recientemente comisionado del Centro NIST para la Investigación de Neuntron (NCNR) representa avances significativos en el estudio de la dinámica lenta en materiales complejos. Desarrollado a través de una colaboración entre el Centro de Ciencias de Neutrones de la Universidad de Delaware (CNS), NIST y la Universidad de Maryland y financiado por el Programa de Infraestructura de Investigación a Media Escala de la Fundación Nacional de Ciencias (premio #1935956), el instrumento mejora significativamente las capacidades de la comunidad de investigación de los Estados Unidos en software, ciencias biológicas, ingeniería y materiales magnéticos.
Innovación técnica
El espectrómetro incorpora una bobina de precipitación superconductora de diseño óptimo (OSCPC), que aumentará el tiempo máximo de Fourier en 2.5 veces. Esta mejora mejora la velocidad de recopilación de datos mediante el uso de longitudes de onda de neutrones cortas de alta intensidad. Se espera que el instrumento alcance rutinariamente tiempos de Fourier de 300 ns, y puede alcanzar 700 ns para muestras fuertemente dispersas, extendiendo así la escala de tiempo accesible para estudios dinámicos. (NIST)
Los componentes clave adicionales incluyen selectores de velocidad de neutrones (NVS) y polarizadores diseñados para una operación de longitud de onda larga, detectores de sensibilidad de posición actualizados (PSD) con una tasa de conteo y sensibilidad mejoradas, y bobinas avanzadas de corrección de pitágoras. Estos componentes mejoran colectivamente el rendimiento del instrumento, especialmente para aplicaciones de neutrones de longitud de onda larga. Aquí, la tercera potencia de la longitud de onda mejora la resolución del dispositivo. (NIST)
Influencia científica
Los espectrómetros NSE permiten la medición de alta resolución de la dinámica lenta de una variedad de sistemas, incluidos polímeros, membranas tensioactivas, líquidos confinados y materiales magnéticos. En particular, cubrimos la escala de micro longitud y PICO a microtimescales a las que no son accesibles por otros métodos (Figura 1). Al medir directamente la porción real de la función de dispersión intermedia I (Q, T), el instrumento proporciona ideas únicas sobre dinámicas que van desde escalas atómicas a moleculares, y desde la dinámica de cuasipartícula más allá de las escalas de tiempo desde las picosegundos hasta cientos de nanosegundos.
El NSE también puede medir las funciones de dispersión intermedia, pero también proporciona información sobre la dinámica del material de una forma similar a los métodos más generales de dispersión de luz dinámica (DLS) en una escala de longitud y tiempo mucho más larga debido a longitudes de onda mucho más largas (~ micras) en comparación con las longitudes de onda neutrales (~ micras). En la Figura 2 se muestra un ejemplo relacionado con la biotecnología. Aquí, un anticuerpo monoclonal de referencia (NIST MAB) se sondea en solución y los resultados se comparan con la simulación. Esta característica única y poderosa es importante para comprender el comportamiento dinámico de los materiales a nanoescala, proporcionando información en una forma que se interpreta físicamente de una manera familiar para los científicos que trabajan en teoría, simulación o en una amplia gama de campos de investigación.
Concentración: 10 (círculo azul), 25 (cuadrado verde), 50 (diamante naranja), 100 mg/ml (triángulo rojo). (c) Función de dispersión intermedia hasta el tiempo de correlación τ = 10 ns en función de Q en el rango 0.05-0.3 Å-. El símbolo corresponde al ISF de movimiento libre en Nistmab, con el ajuste de la línea negra continua usando I (Q, T)/I (Q, 0) = exp (-q²deffτ), y la línea discontinua es el centro fijo del movimiento de la masa de Nistmab. J. Nayem e Y. proporcionado por Liu (en preparación)
Iniciativas conjuntas y perspectivas futuras
El desarrollo exitoso y la puesta en servicio de los espectrómetros NSE destacan la importancia de la colaboración antes de la infraestructura científica. El espectrómetro NSE ha adaptado una innovación tecnológica del instrumento hermano J-NSE-Phoenix de Heinz Meier Livenitz Senturm (MLZ), dirigido por el Jewerich Neutron Science Center (JCNS). Las asociaciones con instituciones académicas, NIST y los institutos internacionales han creado equipos de vanguardia que servirán a la comunidad de investigación en los próximos años. Una vez que el espectrómetro está completamente operativo, está listo para promover una investigación innovadora en física blanda, biología y ciencia de los materiales, contribuyendo a avances en áreas como polímeros funcionales, desarrollo de fármacos, tecnología de membrana y almacenamiento de energía.
Se espera que el instrumento sea accesible para los usuarios en 2026 bajo los auspicios del Centro de dispersión de neutrones de alta resolución de NIST (CHRNS). Para obtener más información sobre el dispositivo y sus funciones y programas de operaciones, consulte la página oficial de NIST: (NIST).
Este artículo también se presentará en la 23a edición de trimestralmente Publicación.
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