1. Description succincte d'un spectromètre à échos de spins de neutrons.

 

On distingue 7 parties dans un spectromètre à échos de spin :

    1. La monochromatisation
    2. La polarisation
    3. La précession avant l'échantillon
    4. L'interaction avec l'échantillon.
    5. La précession après l'échantillon
    6. L'analyse de polarisation

7 . La détection.

 

1. Le monochromateur : un sélecteur mécanique. Dl/l =18 à 20%.

2. Le polariseur, élément ferromagnétique, est soumis à un champ magnétique horizontal. Il réfléchit les neutrons ayant le " bon " spin, aligné selon le champ du polariseur. Le faisceau est alors polarisé.

3. Le neutron polarisé entre dans la première aire de précession ; sa polarisation est renversée par un premier flipper p/2 et amenée perpendiculaire au champ magnétique des bobines de précession. Cette polarisation va précesser autour du champ sur toute la longueur des premières bobines. A la sortie de la première aire de précession, la polarisation est à nouveau renversée par un flipper p.

4.L'échantillon va modifier la vitesse du neutron.

5.Le faisceau de neutrons pénètre ensuite dans la deuxième aire de précession, parfaitement identique à la première. Cette seconde aire de précession est terminée par un deuxième flipper p/2. Un neutron ayant subi un changement d'énergie lors du choc avec l'échantillon verra son spin précesser d'un angle légèrement différent dans le deuxième bras du spectromètre. Cet angle est proportionnel au gain relatif d'énergie du neutron et au nombre de précessions de Larmor dans la première aire de précession. Le spin de ce neutron va entrer dans le dernier flipper en faisant un angle avec l'axe de ce flipper (composante de la polarisation parallèle à cet axe du flipper plus faible). Le flipper renverse cette composante de la polarisation de 90Рafin de la ramener dans la direction horizontale, afin d'être analysée.

7. Un analyseur, élément également ferromagnétique soumis à un champ magnétique horizontal, suivi d'un détecteur permettront de mesurer la composante de la polarisation parallèle au champ de l'analyseur. L'intensité mesurée sur le détecteur est fonction du cosinus de l'angle proportionnel au transfert d'énergie .

 

En résumé, la grandeur mesurée sur un spectromètre à échos de spin est la fonction de diffusion intermédiaire :

ou t est une constante homogène à un temps.

 

Expérimentalement, l'angle de précession de Larmor dépend essentiellement de l'intégrale de champ dans la première aire de précession, qui en première approximation est fonction du nombre de spires des bobines de précession et du courant Ip qui les parcourt. La relation qui fixe le temps de Fourier t de lӥxpérience est :

 

La mesure d'échos de spins de neutrons s'appuie donc sur une méthode de zéro de l'intégrale de champ entre les deux aires de précession avant et après l'échantillon. Pratiquement, une bobine de symétrie est utilisée pour ajouter ou retrancher de l'intégrale de champ afin de rendre les deux aires de précession parfaitement symétriques. En effectuant un balayage en courant de cette bobine on obtient tout l'écho ; un exemple est montré ci dessous.

Lӥnveloppe est due à la polychromaticité du faisceau. L'amplitude contient l'information dynamique que lӯn recherche. Une des difficultés des expériences de Spin-Echo est dӥffectuer une mesure exactement au centre de l'écho. En effet, les mesures de changement d'énergie de quelques neV requièrent une extrême précision. Sur le spectromètre MESS, pour des neutrons de 6Å, un écart de courant de.095Ampère sur la bobine de symétrie correspond à un déphasage de 90Рde la précession. Pour vérifier que la mesure de l'écho a été faite au centre de l'écho, on utilise une autre bobine, dite bobine de correction de phase. Cette bobine de correction de phase permet dӥffectuer des pas élémentaires de précession de part et d'autre du centre de l'écho. Ceci permettra de s'assurer que la mesure de l'amplitude de l'écho a été faite correctement au centre de l'écho.

Le spectromètre est aussi équipé de bobines de correction de Fresnel qui corrigent à chaques extrémités des aires de précession l'inhomogénéité des lignes de champ. Le schéma de la page suivante illustre le spectromètre à échos de spin MESS avec les numéros des diverses bobines, dans une configuration assez classique. SpinEchoSchema.gif