la Materia Condensada Blanda
X CURSO DE INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN EN ESTRUCTURA DE LA MATERIA:
DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES A LOS SISTEMAS DE ALTO PESO MOLECULAR
Madrid, 20-22 Marzo, 2013
ALEJANDRO SANZ PARRAS
Departamento de Física Macromolecular
•
MATERIA CONDENSADA BLANDA
•
APLICACIONES DE LOS HACES DE NEUTRONES LA FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA
BLANDA
•
Instalaciones científicas excepcionales
•
Surgen para dar servicio a las necesidades de la comunidad científica y de la sociedad en
general
•
Afrontan retos científicos que requieren un alto esfuerzo tecnológico
•
Se estimula la colaboración internacional
REALIZACIÓN
DEL
EXPERIMENTO
ANÁLISIS DE
LOS DATOS
PUBLICACIÓN ?
PROBLEMA
CIENTÍFICO O
TECNOLÓGICO
EVALUACIÓN DE LA
PROPUESTA POR UN
COMITÉ DE EXPERTOS
REQUERIMIENTO DE
UNA GRAN
INSTALACIÓN
CIENTÍFICA
ELABORACIÓN DE
UNA PROPUESTA
PARA LA
REALIZACIÓN DEL
EXPERIMENTO
P
U
B
L
IC
A
C
IO
N
E
S
AÑO
Evolución de la producción científica española en técnicas neutrónicas
Fuente
WEB OF KNOWLEDGE (THOMSON REUTERS)
Adhesión de España
al Instituto Laue Langevin (Francia)
como miembro científico asociado
El neutrón como sonda
- Estado estructural del material
-
Dinámica microscópica con información
geométrica y temporal
- Estructuras magnéticas
- longitudes de onda entre 0.1 y cientos de Å
- carga neutra
- espín 1/2
- Interacción puntual con los núcleos atómicos
- masa = 1.6 x 10
-27Kg
Posibilidad de realizar experimentos
bajo condiciones extremas de
Temperatura
Presión
Campo Magnético
PRODUCCIÓN DE HACES DE NEUTRONES
REACTOR: reacción de fisión nuclear en cadena
1-2 MeV
FRM II
Munich (Alemania)
REACTOR: reacción de fisión nuclear en cadena
PRODUCCIÓN DE HACES DE NEUTRONES
Fuente de Espalación: extracción de neutrones sin desintegración nuclear
protones alta energía
diana de átomos pesados (W, Hg)
neutrones de alta energía (MeV)
proceso de moderación, enfriamiento o ralentización (D2O, CH4, H2…)
Fuente de Espalación:
extracción de neutrones sin
desintegración nuclear
ISIS
muestra
detector
k
i
k
f
Q
Transferencia de Momento(
k
f
k
i
)
Q
=
h
−
h
Transferencia de Energía(
k
2
f
k
i
2
)
/
2
m
2
−
=
h
h
ω
Intensidad de neutrones
en función de Q y
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
= 0 dispersión elástica
ω
ω
ω
ω
≠
0 dispersión inelástica
ω
ω
ω
ω
~ 0 dispersión cuasielástica
E
i
E
f
DISPERSIÓN DE NEUTRONES
muestra
Neutrón incidente
Longitud de onda
λλλλ
Espectrómetros de Retrodispersión
Si (1 1 1) en movimiento
efecto Doppler
180 º
Cristal de grafito
muestra
Analizador de
Si (1 1 1)
λ
=2d sin(
θ
)
Ley de Bragg
d
Θ
i k r f k r10
-9
– 10
-10
s
λ
λ
±
∆
λ
muestra
Neutrón incidente
Neutrón dispersado
Espectrómetros de NEUTRON SPIN ECHO
Velocidad del neutrón: Spin
muestra
neutrones con
distinta orientación de spin
intercambio de Energía
Campo magnético B1
Campo magnético B2
Perdida de polarización
Dependencia temporal
de la función de correlación
de pares o densidad-densidad
Información de la dinámica en el
dominio de tiempos
10
-8
– 10
-10
s
NO SON SIMPLES LÍQUIDOS
NO SON SÓLIDOS CRISTALINOS CONVENCIONALES
LONGITUDES DE ESCALA INTERMEDIAS Y MOVIMIENTOS BROWNIANOS: CAPACIDAD DE
AUTOENSAMBLADO
SUTIL BALANCE ENERGÍA-ENTROPÍA: COMPLEJOS DIAGRAMAS DE FASE, ESTRUCTURAS
JERARQUIZADAS A DISTINTAS LONGITUDES DE ESCALA EN BÚSQUEDA DEL EQUILIBRIO
-
Polímeros Amorfos y Semicristalinos
-
Membranas y Sistemas Biológicos
-
Disoluciones Micelares
-
Cristales Líquidos
polímero amorfo en situación
de ovillo estadístico
polímero semicristalino
alternancia amorfo/cristal
CONFINAMIENTO
Poli(etilen tereftalato)
C O O (CH2)2 C O On
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
Espectroscopia de retrodispersión de neutrones
IN10
Institut Laue Langevin
Grenoble (Francia)
-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.06 0.12400 K
450 K
500 K
In te n s id a d d e n e u tr o n e s d is p e rs a d atransferencia de energía (µeV)
resolución experimental
C O O (C H2)2 C O On
(
)
( ) (
)
( )
( )
+
Γ
Γ
−
+
=
1
1
2 2,
ω
ω
ω
π
ω
δ
ω
EISF
EISF
Q
S
inc -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0.0 0.1 0.2 1.85 Å-1 1.45 Å-1 0.86 Å-1Energy transfer (µeV) 0.0 0.1 0.2 S ( Q , ω ) (a rb it ra ry u n it s) 0.0 0.1 0.2
Data
Elastic
Quasielastic
Fit
Dinámica de la
cadena polimérica
L
r
0
τ
τ
τ
r
0
C O O (C H2)2 C O On
500 K
+
NEUTRON SPIN ECHO
Reseda
FRM II
Munich (Alemania)
( )
( )
−
=
βτ
(
)
exp
)
(
0
,
,
T
t
T
f
Q
S
t
Q
S
s Q pair pair 10-3 10-2 10-1 100 101 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0S
pai r(
Q
,t
)/
S
pai r(
Q
)
time (ns)
Poli(etilen tereftalato)
C O O (CH2)2 C O On
NEUTRON SPIN ECHO
FRM II
Munich (Alemania)
( )
( )
−
=
βτ
(
)
exp
)
(
0
,
,
T
t
T
f
Q
S
t
Q
S
s Q pair pair10
-210
-110
010
10.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
420
450
480
500
520
S
p ai r(
Q
,t
)/
S
p ai r(
Q
)
time (ns)
C O O (CH2)2 C O On
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
α Dielectric β DielectricNeutron Spin Echo VFT behaviour Arrhenius IN10
lo
g
/
τ
(
s
)
1000/T (K
-1)
Poli(etilen tereftalato)
semicristalino
C O O (CH2)2 C O On
MAPA DE
RELAJACIÓN
Nobel en Física 1994
Shull (difracción de neutrones)
Brockhouse (espectroscopia de neutrones)
Nobel en Física 1991
de Gennes (materia condesada blanda)
Grupo de dinámica y estructura de la materia condensada blanda
Perspectiva histórica de la investigación con Técnicas neutrónicas en España
Dossier de la Sociedad Española de Técnicas Neutrónicas, 2009
