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Chemistry and Materials

Structure characterisation - Water dynamics – Planetology - Catalysis - Energy production – Clean energy - New materials - Novel engineering processes - Methods

The influence of structure is everywhere; the properties of water and ice, the hardness of metals, the strength of magnets, the biology of DNA or the effect of antibodies on viruses – all depend on structure. Crystallography is studied at the ILL in a broad sense, using both single crystal and powder diffraction. Some structural studies may require small-angle-scattering as well.
Neutron diffraction is ideal for determining the structure of materials containing light atoms such as hydrogen, carbon, nitrogen and oxygen.  We need to understand the structure of materials before we can understand their properties and how they react.

To master the methodologies leading to new improved materials we need detailed knowledge of the structure of solids at the atomic or molecular level. Owing to their unique properties, neutrons can play a crucial role in this, by resolving, for example, the arrangements of magnetic moments in complex magnetic systems, by locating light atoms in intricate structures, or by assessing the residual stress distribution in bulky mechanical parts. The development and engineering of components with improved functionality is the key to technological progress, which in turn provides sustainable economic growth. To achieve this goal, scientists and engineers are developing smarter materials and components.

Highlights brochure on how neutrons help understanding the structure of new materials:

Highlights

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10 juillet 2025 Ni solide, ni liquide : les neutrons dévoilent un état de matière exotique
Grâce au diffractomètre thermique à neutrons à deux axes D23 de l'ILL, une équipe de chercheurs a récemment pu étudier le Na2BaCo(PO4)2 (NBCP). Ce matériau se comporte étonnamment comme un 'supersolide de spin' - un état combinant les propriétés d'un solide et d'un liquide. Les neutrons, agissant comme de minuscules aimants, se sont avérés être des outils essentiels pour explorer l'ordre magnétique et la dynamique interne de ce matériau. Cette découverte, qui a également des implications pour le refroidissement économe en énergie, constitue la première preuve réelle d'un état supersolide dans un aimant quantique.
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7 juillet 2025 Les neutrons explorent les secrets quantiques d'un isolant exotique
Une étude récente, publiée dans Nature Communications, révèle une transition inattendue entre deux états isolants distincts pour les isolants de Mott. Les expériences de diffractométrie neutronique menées à l'ILL, sur le diffractomètre à deux axes de haute résolution D2B, ouvrent la voie à des technologies avancées en fournissant des informations essentielles sur le comportement électronique complexe de ces matériaux isolants.
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4 juillet 2025 En spin vers le futur : Les neutrons polarisés aident à percer les mystères des skyrmions
Une étude récente, publiée dans Science and Technology of Advanced Materials et menée à l'Institut Laue-Langevin (ILL), a utilisé la diffusion de neutrons polarisés sur l'instrument D33 pour explorer les skyrmions. Cette recherche a fourni des informations microscopiques cruciales sur ces structures magnétiques. D33 reconnu pour sa capacité unique à combiner des champs magnétiques intenses et des neutrons polarisés, a été essentiel pour comprendre les transitions de phase des skyrmions. Ces découvertes microscopiques ne sont pas seulement fondamentales : elles permettent le développement de dispositifs spintroniques à base de skyrmions. Ces technologies pourraient révolutionner le stockage de données et la consommation d'énergie, offrant des solutions bien plus efficaces. Les méthodologies utilisées dans cette étude pourraient aussi s'appliquer à d'autres matériaux magnétiques. Cela permettrait de découvrir de nouveaux phénomènes et de développer de matériaux magnétiques encore plus performants.
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12 février 2025 Observations exotiques à l'ILL
Dans la vie quotidienne nous rencontrons généralement l'eau sous l'un de ses trois états familiers : solide, liquide ou gazeux. Mais il existe en fait beaucoup plus de phase. Certaines – dont l'existence est prédite à haute température et haute pression – sont si étranges qu'on les qualifie d'exotiques. Les spectromètres de neutrons et les environnements expérimentaux de pointe de l'Institut Laue-Langevin (ILL) ont permis la première observation expérimentale de l'une de ces phases exotiques : la glace plastique VII.
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7 août 2024 Les neutrons révèlent des surprises sur l'action des antibiotiques naturels
Les peptides antimicrobiens (AMP) sont des antibiotiques naturels très efficaces contre les bactéries résistantes. Malgré leurs propriétés intéressantes, les AMP demeurent difficiles à utiliser. Une étude récemment publiée marque une avancée remarquable dans la compréhension du fonctionnement des AMP. En tirant pleinement parti de la diffusion des neutrons et des rayons X, les chercheurs ont obtenu des résultats à la fois importants et surprenants.
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2 juillet 2024 Produits biopharmaceutiques à base de protéines : comprendre les processus pour aller plus loin dans les applications
Une étude publiée récemment utilise la diffusion neutronique et la diffusion rayons X pour approfondir notre compréhension des processus de stabilisation des protéines par lyophilisation qui sont largement utilisés dans les applications biopharmaceutiques. Les résultats obtenus pour une protéine pertinente pour les applications pharmaceutiques contrastent fortement avec ceux obtenus précédemment pour le lysozyme, largement utilisé comme protéine modèle. Cela souligne l'importance du choix de la protéine dans de telles études.
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22 mai 2024 Révéler les secrets des fluides supercritiques
Une étude publiée aujourd'hui dans Nature Communications apporte un éclairage inédit sur le comportement déconcertant des fluides supercritiques, un état hybride de la matière - entre les liquides et les gaz - qui intervient dans des domaines allant de l'industrie pharmaceutique à la science des planètes. Les résultats observés sont à la limite des possibilités expérimentales actuelles et n'ont pu être obtenus qu'avec une source de neutrons à haut flux telle que l'ILL.
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11 avril 2024 Un rover spatial moléculaire : aperçu du mouvement moléculaire sur des surfaces à l'échelle nanométrique
Grâce aux données de spectroscopie neutronique recueillies à l'ILL, les chercheurs ont approfondi leur compréhension du mouvement moléculaire à l'échelle nanométrique, apportant ainsi de nouvelles informations susceptibles d'avoir un impact sur la conception de futurs matériaux et technologies. L’étude vient d’être publiée dans la revue en libre accès Communications Chemistry dans le portofolio de Nature et est mise en avant (sous forme de bannière) sur la page d’accueil de la revue.
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11 avril 2024 Un rover spatial moléculaire : aperçu du mouvement moléculaire sur des surfaces à l'échelle nanométrique
Grâce aux données de spectroscopie neutronique recueillies à l'ILL, les chercheurs ont approfondi leur compréhension du mouvement moléculaire à l'échelle nanométrique, apportant ainsi de nouvelles informations susceptibles d'avoir un impact sur la conception de futurs matériaux et technologies. L’étude vient d’être publiée dans la revue en libre accès Communications Chemistry dans le portofolio de Nature et est mise en avant (sous forme de bannière) sur la page d’accueil de la revue.
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3 avril 2024 Dynamique des protéines : danser à différents rythmes
Le but de cette étude était de compléter la cartographie de la dynamique de la protéine Hsp90 en étudiant ses mouvements sur une échelle de temps de 5 à 500 ns. En combinant des techniques de pointe, cela à permis de comprendre comment cette échelle de temps est liée à la dynamique plus lente qui est connue pour piloter le fonctionnement de la protéine.
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6 septembre 2023 Upward spiral for next-generation computing
Experimental evidence of rare magnetic behaviour in LiYbO2 will help to open the door to a new family of materials with potential applications in spintronics, quantum computing and more. Though continuous down-scaling in microelectronics has enabled the industry to achieve phenomenal success, the trend is now approaching fundamental limits. Promising alternative technologies for next generation d…

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