中子散射

把一把彈珠扔向一組藏起來的釘子，看它們朝哪些方向彈開——從這些反彈的圖樣，你就能推斷出釘子的位置。中子散射在原子尺度上玩的就是這個遊戲：把一束中子（來自原子核內部的中性粒子）射向樣品，它們偏轉的方向和能量就揭示出原子如何排佈、又如何運動。

中子之所以是格外好的探針，有兩個原因。其一，它不帶電荷，因此能直接穿過材料的電子雲，只與微小的原子核發生反彈，這讓它能看見像氫這樣的輕原子——而 X 射線幾乎注意不到這些輕原子。其二，中子本身帶有一丁點磁性，所以會被原子磁矩的排列方向所偏轉——這使它幾乎是唯一能描繪晶體內部原子磁體如何有序排列的方法。通過測量中子得到或失去的能量，還能捕捉到原子的振動或磁性圖樣的起伏。

它之所以重要，是因為中子能同時揭示兩件少有工具能同時給出的事情：原子在哪裡，以及它們的磁性朝向何方。誠實的提醒是：中子稀少且難以產生——只能來自核反應爐或大型加速器驅動的源——所以束流微弱，實驗需要很長的計數時間，樣品也往往必須夠大。這是一種強大的方法，卻根本無法在實驗台上擺弄。