项目名称：高通量中子散射在凝聚态物质磁相互作用方面的前沿研究首席科学家：戴鹏程中国科学院物理研究所起止年限：2012.1-2016.8依托部门：中国科学院一、关键科学问题及研究内容本项目将以国家重大科学工程-中国先进研究堆（CARR）为依托，建造具有高通量、高分辨率特征的三轴中子散射谱仪，以中子散射测量手段为重点，结合相关的材料生长、谱学测量及理论分析等手段，以凝聚态物质中的多铁性材料、自旋阻挫材料、非常规超导体、庞磁电阻材料等体系所表现出来的与电荷、自旋、轨道、晶格等自由度相关的新奇物理现象为主要研究内容，开展深入系统的研究重点将研究这几类凝聚态物质中的磁有序、自旋-晶格相互作用、磁与超导的相互竞争等，利用不同的谱学测量手段，从多个侧面、不同的能量尺度对所关注的科学问题进行研究。综合各种测量手段的结果，揭示其物理本质，进而为发展我国在利用中子散射进行凝聚态物理的研究和新材料的前沿研究奠定基础。具体地说，本项目拟围绕以下关键科学问题开展研究：1、高通量、高分辨率三轴中子散射谱仪的建造。本项目重要目的之一是完成在CARR的世界领先的三轴中子散射谱仪的建造并为之配上强的超导磁体来开展中子散射实验。目前，我们已经完成了该谱仪的主要设计并开始购买一些商业部件。根据现有的CARR的中子源的功率，我们详细的通量计算表明我们的谱仪通量将可以与目前世界上最先进的三轴中子散射谱仪相当[参见总体研究方案部分附件;李世亮,戴鹏程,物理40卷(2011年)1期,33]。这意味着该三轴中子散射谱仪将可以成为世界上最好的三轴中子散射谱仪之一。该谱仪建造完成之后，再配以相应的基础科学研究，将把我国带到世界中子散射研究的前列。2、多铁性材料中的自旋和晶格耦合多铁性（multiferroics）是凝聚态物质的一种新的相，在一个相中结合几类“铁-”性（铁电、铁磁、铁弹等等），它的产生来自于材料中与晶格、自旋、轨道以及电荷相关的自由度的强相互关联。要理解这些材料的基本物性，我们需要理解多个序参量的起因以及磁电耦合的本质。然而，大块单晶的缺失使得这些材料的许多基本物理量（如磁交换参数）尚未知道。这些材料中磁结构的复杂性来自于多铁性材料本征的磁阻挫。高通量、高分辨率的三轴中子散射谱仪使得我们可以在小单晶上进行晶格/磁动力学研究。我们将用各种中子散射技术来确定多铁性材料所展现出的不同相的磁结构，揭示组成磁结构的自旋之间的相互作用的本质，理解铁电和磁子系统之间的相互作...
