磁結構測定（magnetic structure determination）

在磁性材料中，原子不僅坐落在有序的晶格上，還各自帶著一根小小的指南針——它們未配對電子的磁矩——而在某個溫度以下，這些指針排列成它們自己的有序圖案。那個圖案就是磁結構：全都指向同一方向（鐵磁）、上下上下交替（反鐵磁），或更複雜的東西如螺旋。知道晶體結構告訴你原子在哪裡；測定磁結構則告訴你每個原子的自旋指向哪裡，這兩者是真正各自獨立的知識。

中子之所以是做這件事的工具，是因為中子本身帶有磁矩。當它飛過晶體時，不只被原子核偏折，也被原子磁矩偏折，所以有序排列的自旋繞射中子的方式，很像有序排列的原子。這在一般的原子核繞射之外，又產生磁性布拉格峰。若自旋的重複週期與原子相同（如簡單的鐵磁），磁散射只是把強度疊加到既有的原子核峰上。但反鐵磁是鮮明的例子：上下上下的自旋圖案在兩倍化學晶胞的距離上重複，所以它在晶體單獨禁制的位置產生全新的磁峰——常在半整數指標處。看著這些額外的峰在你冷卻穿過有序（尼爾或居禮）溫度時出現、又在回溫穿過時淡去，你就當場捕捉到了磁有序。

由磁峰的位置你推出自旋的重複圖案（磁單位晶胞），由它們的強度推出磁矩的方向與大小。這基本上是磁有序唯一的直接微觀探針——氧化錳的反鐵磁性最早就是這樣被證明的，這項工作讓克利福德.舒爾分得諾貝爾獎。一點技術上的誠實：因為磁矩來自具有真實空間延展的電子雲，磁形狀因子隨散射角增大而衰減（不像點狀的原子核散射長度不衰減），所以磁峰在低角度最強。而 X 光在良好近似下對這種磁性是盲的，這正是中子在此稱王的原因。