La modernisation du spectromètre IN6 en SHARP (Spectromètre Hybride Alpes Région Parisienne) puis en SHARPER (SHARP Etendu en Résolution) initiée par le Laboratoire Léon Brillouin en 2021, est maintenant terminée. Le nouveau spectromètre offre un meilleur taux de comptage avec une extension des gammes accessibles de résolutions, en énergie et de vecteurs de diffusion.
Le spectromètre à neutrons SHARPER a été conçu pour répondre aux besoins de communautés scientifiques variées, lui permettant de relever des défis sociétaux dans les domaines de l'énergie, de la santé, de la physique quantique et de l'environnement.
Le spectromètre neutronique à géométrie directe et à temps de vol SHARPER est installé à l'Institut Laue Langevin, à Grenoble. Il permet de mesurer avec précision l'énergie des neutrons diffusés par la matière afin d’accéder à des processus dynamiques (excitation, processus de relaxation ou de diffusion) de l’échelle atomique à moléculaire. Le signal de diffusion quasi élastique des neutrons (QENS) donne par exemple accès à des temps de corrélation et aux propriétés de transport ou encore à la géométrie des mouvements.
SHARPER offre des performances inégalées sur une large gamme d'échelles de temps et d’énergie. Cet instrument de pointe combine un flux de neutrons élevé et une résolution énergétique exceptionnelle jusque 50 μeV, ce qui le place au premier rang international pour étudier la dynamique complexe des matériaux. L'immense chambre de 23 m3 contenant 240 détecteurs de deux mètres de hauteur permet de déterminer précisément la position d’impact des neutrons et permet une définition optimale des spectres de diffraction. Cette chambre est sous vide poussé (10-3 mbar) ce qui permet de réduire considérablement le niveau bruit de fond.
Optimisé pour une grande diversité d'applications scientifiques, SHARPER établit une nouvelle référence dans l'étude du comportement des matériaux complexes. Par exemple, dans le domaine du stockage de l'énergie, la diffusion inélastique des neutrons met en évidence des mécanismes tels que la mobilité des ions et la dynamique du réseau d’atomes, pour l'optimisation des batteries et des systèmes de stockage de l'hydrogène (Fig.
1a). Dans le domaine des matériaux quantiques, les excitations à basse énergie provenant des vibrations atomiques et des interactions électroniques offrent des informations précieuses, essentielles pour l'informatique quantique et l'électronique de pointe (Fig.
1b).
Figures : (1a) à gauche, schéma d'une pile à combustible à membrane échangeuse d’anion et de son mode de fonctionnement. Croquis illustrant la membrane polymérique, la dynamique des ions et de l'eau. (adapté de Foglia, Nat. Mat.).
(1b) à droite, excitations magnétiques à basse énergie du cluster de spin Mn12 Acétate.
Les premiers utilisateurs sont attendus en juin 2025. Un nouveau monochromateur est en cours de développement pour étendre la résolution en énergie et combler le gap temporel avec les spectromètres à rétrodiffusion.
Financements
- Accord franco-suédois (CEA - CNRS - Conseil suédois de la recherche) pour la conception et la construction de spectromètres à neutrons, dans le cadre de la Source européenne de spallation. (ESS).
- Programme 172 du Ministère de la recherche.
- Fédération de la Diffusion Neutronique (2FDN) pour le monte et baisse du puits échantillon.