Abstract
Neutron scattering is a versatile probe used to study the structure and dynamics of materials. It has particular relevance to the investigation of ceramics and has been used in their study since neutron scattering was first developed almost sixty years ago. This review will focus on the relative merits of neutron scattering compared to other microscopic probes, with particular reference to ceramic materials, and will illustrate the uses of neutron diffraction and inelastic neutron scattering in various key fields of ceramic research.
Similar content being viewed by others
References
G. L. SQUIRES, "Introduction to the theory of thermal neutron scattering," Dover Publications Inc.
S. W. LOVESEY, "Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter" (Oxford University Press) Vol. 1/2
V. F. SEARS, Neutron News 3 (1992) 26.
J. M. BESSON and R. J. NELMES, Physica B 213 (1995) 31.
http://www.ill.fr
http://isis.rl.ac.uk
C. G. SHULL, Rev. Mod. Phys. 67 (1995) 753.
E. O. WOLLAN and C. G. SHULL, Phys. Rev. 73 (1948) 830.
C. G. SHULL and E. O. WOLLAN, ibid. 81 (1951) 527.
E. O. WOLLAN, W. L. DAVIDSON and C. G. SHULL, ibid. 75 (1949) 1348.
C. G. SHULL, E. O. WOLLAN, G. A. MORTON and W. L. DAVIDSON, ibid. 73 (1948) 842.
C. G. SHULL and J. S. SMART, ibid. 76 (1949) 1256.
C. G. SHULL, ibid. 81 (1951) 626.
C. G. SHULL, E. O. WOLLAN and W. A. STRAUSER, ibid. 81 (1951) 483.
http://whisky.ill.fr/YellowBook/D20/
P.G. RADAELLIA. C.HANN and L.C.CHAPON, Notiziario Neuroni e Luce di Sincrotrone 8 (2003) 1
W. I. F. DAVID, K. SHANKLAND, L. B. MCCLUSKER and CH. BAERLOCHER, "Structure Determination from Powder Diffraction Data" (Oxford, 2002).
A. K. CHEETHAM,AbInitio Structure Solution with Powder Diffraction Data, in "The Rietveld Method," edited by R. A. Young (Oxford University Press, 1993) Chap 15, p. 276.
R. M. HAZEN, L. W. FINGER, R. J. ANGEL, C. T. PREWITT, N. L. ROSS, H. K. MAO, C. G. HADIDIACOS, P. H. HOR, R. L. MENG and C. W. CHU, Phys. Rev. B 35 (1987) 7238.
W. I. F. DAVID, W. T. A. HARRISON, J. M. F. GUNN, O. MOZE, A. K. SOPER, P. DAY, J. D. JORGENSEN, D. G. HINKS M. A. BENO, L. SODERHOLM, D. W. CAPONE II, II. K SCHULLER, C. U. SEGRE, K. ZHANG and J. D. GRACE, Nature 327 (1897) 310.
A. C. LARSONand R. B. VAN DREELE, General Structural Analysis System (GSAS), Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86–748 (2000).
A. WILLIAMS, G. H. KWEI, R. B. VAN DREELE, I. D. RAISTRICK and D. L. BISH, Phys. Rev. B 37 (1988) 7960.
H. IWAHARA, Solid State Ioni. 28-30 (1988) 573.
K. D. KREUER, Annu. Rev. Mater. Res. 33 (2003) 333.
K. S. KNIGHT, Solid State Ioni. 145 (2001) 275.
K. S. Knight and N. Bonanos, J. Mater. Chem. 4 (1994) 899.
W. MÜNCH, K. D. KREUER, ST. ADAMS, G. SEIFERT and J. MAIER, Phase Transitions, 68 (1999) 567.
K. D. KREUER, Solid State Ioni. 125 (1999) 285.
K. S. KNIGHT, ibid. 126 (2000) 43.
W. MÜNCH, G. SEIFERT, K. D. KREUER and J. MAIER, ibid. 86-88 (1996) 647.
W. MÜNCH, G. SEIFERT, K. D. KREUER and J. MAIER, ibid. 97 (1997) 39.
K. S. KNIGHT and N. BONANOS, ibid. 77 (1995) 189.
K. TAKEUCHI, C.-K LOONG, J. W. RICHARDSON JR., J. GUAN, S. E. DORRIS and U. BALACHANDRAN, ibid. 138 (2000) 63.
M. T. DOVE, M. G. TUCKER and D. A. KEEN, Eur. J. Mineral. 14 (2002) 331.
L. NÉEL, Ann. De Physique 17 (1932) 5.
C. G. SHULL, W. A. STRAUSER and E. O. WOLLAN, Phys. Rev. 83 (1951) 333.
C. G. SHULL and M. K. WILKINSON, ibid. 97 (1955) 304.
E. O. WOLLAN and W. C. KOEHLER, ibid. 100 (1955) 545.
G. H. JONKER and J. H. VAN SANTEN, Physica (Vtrecht) 16 (1950) 337.
J. H. VAN SANTEN and G. H. JONKER, ibid. 16 (1950)
C. W. SEARLE and S. T. WANG, Can. J. Phys. 47 (1969) 2023.
C. ZENER, Phys. Rev. 82 (1951) 403.
P. W. ANDERSEN and H. HASEGAWA, ibid. 100 (1955) 675.
P. G. DE GENNES, Phys. Rev. Lett. 118 (1960) 141.
A. J. MILLIS, P. B. LITTLEWOOD and B. I. SHRAIMAN, ibid. 74 (1995) 5144.
P. DAI, J. ZHANG, H. A. MOOK, S.-H. LIOU, P. A. DOWBEN and E. W. PLUMMER, Phys. Rev. B 54 (1996) R3694.
P. G. RADAELLI, M. MAREZIO, H. Y. HWANG, S.-W. CHEONG and B. BATLOGG, Phys. Rev. B 54 (1996) 8992.
Y. MORITOMO, A. ASAMITSU, H. KUKAHARA and Y. TOKURA, Nature 380 (1996) 141.
T. KIMURA, Y. TOMIOKA, Y. KUWAHARA, H. ASAMITSU, A. TAMURA and Y. TOKURA, Science 274 (1996) 1698.
T. G. PERRING, G. AEPPLI, T. KIMURA, Y. TOKURA and M. A. ADAMS, Phys. Rev. Lett. 58 (1998) R14693.
W. KOCKELMANN and A. KIRFEL, Physica B (in press)
W. KOCKELMANN, E. PANTOS and A. KIRFEL, "Radiation in Art and Archaeometry (2000)", edited by D. C. Creagh and D. A. Bradley (Elsevier Science, 2000).
W. KOCKELMANN, A. KIRFEL and E. HAHNEL, J. Archaeol. Sci. 28 (2001) 213.
S. A. T. REDFERN, Eur. J. Mineral. 14 (2002) 251.
Y. LE GODEC, M. T. DOVE, D. J. FRANCIS, S. C. KOHN, W. G. MARSHALL, A. R. PAWLEY, G. D. PRICE, S. A. T. REDFERN, N. RHODES, N. L. ROSS, P. F. SCHOFIELD, E. SCHOONEVELD, G. SYFOSSE, M. G. TUCKER and W. D. WELCH, Min. Mag. 65 (2001) 737.
C. J. HOWARD and E. H. KISI, J. Appl. Cryst. 32 (1999) 624.
E. H. KISI and C. J. HOWARD, J. Amer. Ceram. Soc. 81 (1998) 1682.
T. K. GUPTA, J. Mater. Sci. 12 (1977) 2421.
K. TSUKUMA, Amer. Ceram. Soc. Bull. 65 (1986) 1386.
E. H. KISI and C. J. HOWARD, Neutron News 3 (1992) 24.
D. SIMEONE, G. BALDINOZZI, D. GOSSET, M. DUTHEIL, A. BULOU and T. HANSEN, Phys. Rev. B 47 (2003) 64111.
F. F. LANGE, J. Mater. Sci. 17 (1982) 224.
K. T. FABER, Adv. Ceram. 12 (1984) 293.
A. V. VIRKIR and R. L. K. MATSUMOTO, Commun. Amer. Ceram. Soc. 69 (1986) C224.
M. G. CAIN and M. H. LEWIS, Mat. Lett. 9 (1990) 309.
C.-J. CHAN, F. F. LANGE and M. RUHLE, J. Amer. Ceram. Soc. 74 (1991) 807.
M. G. CAIN, S. M. BENNINGTON, M. H. LEWIS and S. HULL, Phil. Mag. 69 (1994) 499.
R. I. WALTON, R. J. FRANCIS, P. SHIV HALASYAMANI, D. O' HARE, R. I. SMITH, R. DONE and R. J. HUMPHREYS, Rev. Sci. Inst. 70 (1999) 3391.
R. I. WALTON A. NORQUIST, R. I. SMITH and D. O'HARE, Faraday Discuss. 122 (2002) 331.
D. N. ARGYRIOU, C. J. HOWARD and R. I. SMITH, J. Amer. Ceram. Soc. 77 (1994) 3073.
C. LANDRON, A. K. SOPER, T. E. JENKINS, G. N. GREAVES, L. HENNET and J. P. COUTURES, J. Non-Cryst. Solids 293-295 (2001) 453.
S. ANSELL, J. K. KRISHNAN, J. J. FELTON, P. C. NORDINE, M. A. BENO, D. L. PRICE and M. L XABOUGI, Phys. Rev. Lett. 78 (1997) 464.
A. MANTHIRAM, 'Battery Applications', in "Encyclopedia of Smart Materials," edited by M. Schwartz (Jon Wiley & Sons, 2003).
M. M. THACKERAY, W. I. F. DAVID, P. G. BRUCE and J. B. GOODENOUGH, Mater. Res. Bull. 18 (1983) 472.
A. R. ARMSTRONG and P. G. BRUCE, Nature 381 (1996) 499.
E. LEVIO, M. D. LEVI, G. SALITRA, D. AURBACH, R. OESTEN, U. HEIDER and L. HEIDER, Sol. St. Ion. 126 (1999) 109.
H. BERG, H. RUNDLÖV and J. O. THOMAS, ibid. 144 (2001) 65.
A. D. ROBERTSON, A. R. ARMSTRONG, A. J. PATERSON, M. J. DUNCAN and P. G. BRUCE, J. Mater. Chem. 13 (2003) 2367.
B. N. BROCKHOUSE, Rev. Mod. Phys. 67 (1995) 735.
B. N. BROCKHOUSE and A. T. STEWERT, Phys. Rev. 100 (1955) 756.
B. N. BROCKHOUSE, ibid. 106 (1957) 859.
B. N. BROCKHOUSE, L. N. BECKA, K. R. RAO, R. N. SINCLAIR and A. D. B. WOODS, J. Phys. Soc. Jpn. 17 (1962) 63.
B. N. BROCKHOUSE, K. R. RAO and A. D. B. WOODS, Phys. Rev. Lett. 7 (1961) 93.
W. COCHRAN, ibid. 3 (1959) 412.
R. A. COWLEY, ibid. 9 (1962) 159.
P. A. FLEURY, J. F. SCOTT and J. M. WORLOCK, ibid. 21 (1968)
Y. YAMADA and G. SHIRANE, Phys. Rev. 177 (1969) 858.
R. A. COWLEY, W. J. L. BUYERS and G. DOLLING, Sol. State. Comm. 7 (1969) 181.
T. G. PERRING, G. AEPPLI, S. M. HAYDEN, S. A. CARTER, J. P. REMEIKA and S.-W. CHEONG, Phys. Rev. Let. 77 (1996) 711.
N. FURUKAWA, J. Phys. Soc. Jpn. 65 (1996) 1174.
H. Y. HWANG, P. DAI, S.-W. CHEONG, G. AEPPLI, D. A. TENNANT and H. A. MOO, Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 1316.
P. DAI, H. Y. HWANG, J. ZHANG, J. A. FERNANEEZ-BACA, S.-W. CHEONG, C. KLOC, Y. TOMIOKA and Y. TOKURA, Phys. Rev. B 61 (2000) 9553.
T. CHATTERJI, L. P. REGNAULT and W. SCHMIDT, ibid. 66 (2002) 214408.
T. G. PERRING, D. T. ADROJA, G. CHABOUSSANT, G. AEPPLI, T. KIMURA and Y. TOKURA, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 217201.
G. AEPPLI, D. J. BISHOP, C. BROHOLM, E. BUCHER, S.-W. CHEONG, P. DAI, Z. FISK, S. M. HAYDEN, R. KLEIMAN, T. E. MASON, H. A. MOOK, T. G. PERRING and A. SCHROEDER, Physica C 317/318 (1999) 9.
D. VAKNIN, S. K. SINHA, D. E. MONCTON, D. C. JOHNSTON, J. M. NEWSAM, C. R. SAFINYA and H. E. KING JR.,Phys. Rev. Lett.58 (1987) 2802.
S.-W. CHEONG, G. AEPPLI, T. E. MASON, H. MOOK, S. M. HAYDEN, P. C. CANFIELD, Z. FISK, K. N. CLAUSEN and J. L MARTINEZ, ibid. 67 (1991) 1791.
H. A. MOOK, P. C. DAI, S. M. HAYDEN, G. AEPPLI, T. G. PERRING and F. DOGAN, Nature 395 (1998) 580.
G. AEPPLI, Science 278 (1997) 1432.
K. YAMADA, C. H. LEE, K. KURAHASHI, J. WADA, S. WAKIMOTO, S. UEKI, H. KIMURA and Y. ENDOH, Phys. Rev. B 57 (1998) 6165.
J. P. GOFF, W. HAYES, S. HULL, M. T. HUTCHINGS and K. N. CLAUSEN, ibid. B 59 (1999) 14202.
R. HEMPELMANN, CH. KARMONIK, TH. MATZKE, M. CAPPADONIA, U. STIMMING, T. SPRINGER and M. A. ADAMS, Sol. St. Ion. 77 (1995) 152.
R. HEMPELMANN, Physica B 226 (1996) 72.
C. T. J. GROTTHAUS, Ann. Chem. LVIII (1806) 54.
M. S. ISLAM, R. A. DAVIES and J. D. GALE, Chem. Mater. 13 (2001) 2049.
W. MÜNCH, K. D. KREUER, G. SEIFERT and J. MAIER, Solid State Ion. 125 (1999) 39.
C. KARMONIK, T. J. UDOVIC, R. L. PAUL, K. LIND and R. HEMPELMANN, ibid. 109 (1998) 207.
T. YILDIRIM, B. REISNER, T. J. UDOVIC and D. A. NEUMANN, ibid. 145 (2001) 429.
J. S. O. EVANS, T. A. MARY, T. VOGT, M. A. SUBRAMANIAN and A. W. SLEIGHT, Chem. Matter. 8 (1996) 2809.
T. A. MARY, J. S. O. EVANS, T. VOGT and A. W. SLEIGHT, Science 272 (1996) 90.
S. M. BENNINGTON, J. C. LI M. J. HARRIS and D. K. ROSS, Physica B 263 (1999) 396.
W. I. F. DAVID, J. S. O EVANS and A. W. SLEIGHT, Europhys. Lett. 46(5) (1999) 661.
J. S. O. EVANS, W. I. F. DAVID and A. W. SLEIGHT, Acta Cryst. B 55 (1999) 333.
G. ERNST, C. BROHOLM, G. R. KOWACH and A. P. RAMIREZ, Nature 396 (1998) 147.
R. MITTAL, S. L. CHAPLOT, H. SCHOBER and T. A. MARY, PRL 86 (2001) 4692.
B. JAFFE, W. R. COOK and H. JAFFE, "Piezoelectric Ceramics" (Academic Press, London, 1971).
G. SHIRANE, R. PEPINSKY and B. C. FRAZER, Acta Cryst. 9 (1956) 131.
A. M. GLAZER and S. A. MABUD, ibid. B 34 1065.
A. M. GLAZER, S. M. MABUD and R. CLARKE, ibid. B 34 (1978)1060.
G. BURNSand F. H. DACOL, Solid State Commun. 48 (1983) 853.
M. K. DURBIN, E. W. JACOBS, J. C. HICKS and S.-E PARK, Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 2848.
K. OHWADA, K. HIROTA, P. W. REHRIG, P. M. GEHRING, B. HOHEDA, Y. FUJII S.-E. PARK and G. SHIRANE, J. Phys. Soc. Jpn 70 (2001) 2778.
B. NOHEDA, D. E. COX G. SHIRANE, J. A. GONZALO, L. E. CROSS, and S.-E. PARK, Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 2059.
B. NOHEDA, D. E. COX, G. SHIRANE, S.-E. PARK, L. E. CROSS and Z. ZHONG, PRL 86 (2001) 3891.
Z.-G. YE, B. NOHEDA, M. DONG, D. COX and G. SHIRANE, Phys. Rev. B 64 (2001) 184114.
D. E. COX, N. NOHEDA, G. SHIRANE, Y. UESA, K. FUJISHIRO and Y. YAMADA, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 400.
R. RANJAN, RAGINI, S. K. MISHRA, D. PANDEY and B. J. KENNEDY, Phys. Rev. 65 (2002) 60102.
K. HIROTA, Z.-G. YE, S. WAKIMOTO, P. M. GEHRING and G. SHIRANE, ibid. B 65 (2002) 104105.
H. YOU and Q. M. ZHANG, Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 3950.
S. B. VAKHRUSHEV, A. A. NABEREZNOV, N. M. OKUEVA and B. N. SAVENKO, Phys. Solid State 37 (1995) 1993.
G. SHIRANE, J. D. AXE, HARADA and J. P. REMEIKA, Phys. Rev. B 2 (1970) 155.
A. NABEREZHNOV, S. VAKHRUSHEV, B. DORNER, D. STRAUCH and H. MOUDDEN, Eur. Phys. J.B 11 (1999) 13.
P. M GEHRING, S. WAKIMOTO, Z.-G YE and G. SHIRANE, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 277601.
P. M. GEHRING, S.-E. PARK and G. SHIRANE, Phys. Rev. B 63 (2001) 2241.
P. M. GEHRING, S.-E. PARK and G. SHIRANE, Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 5216.
P. M. GEHRING, S. WAKIMOTO Z.-G. YE and G. SHIRANE, ibid. 87 (2001) 2776.
S. WAKIMOTO, C. STOCK, L. BUYERS, P. M. GEHRING and G. SHIRANE, Phys. Rev. B 65 (2002) 172105.
N. DE MATHAN, E. HUSSON, G. CALVARIN, J. R. GAVARRI, A. W. HUWAT and A. MORELL, J. Phys. Condens. Matter 3 (1991) 8159.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Bennington, S.M. The use of neutron scattering in the study of ceramics. Journal of Materials Science 39, 6757–6779 (2004). https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000045605.00716.3e
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000045605.00716.3e