中子散射

把一把弹珠扔向一组藏起来的钉子，看它们朝哪些方向弹开——从这些反弹的图样，你就能推断出钉子的位置。中子散射在原子尺度上玩的就是这个游戏：把一束中子（来自原子核内部的中性粒子）射向样品，它们偏转的方向和能量就揭示出原子如何排布、又如何运动。

中子之所以是格外好的探针，有两个原因。其一，它不带电荷，因此能直接穿过材料的电子云，只与微小的原子核发生反弹，这让它能看见像氢这样的轻原子——而 X 射线几乎注意不到这些轻原子。其二，中子本身带有一丁点磁性，所以会被原子磁矩的排列方向所偏转——这使它几乎是唯一能描绘晶体内部原子磁体如何有序排列的方法。通过测量中子得到或失去的能量，还能捕捉到原子的振动或磁性图样的起伏。

它之所以重要，是因为中子能同时揭示两件少有工具能同时给出的事情：原子在哪里，以及它们的磁性朝向何方。诚实的提醒是：中子稀少且难以产生——只能来自核反应堆或大型加速器驱动的源——所以束流微弱，实验需要很长的计数时间，样品也往往必须够大。这是一种强大的方法，却根本无法在实验台上摆弄。