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Neutronen Reflektometrie

Neutronen Reflektometrie. Proseminar: Experimentelle Methoden der Festkörperphysik. Sina Mayr. Übersicht. Reflektometrie, wozu? Theorie Funktionsweise eines Reflektometers Beispiele Zusammenfassung. Reflektometrie: Wozu?. Reflektometrie: Oberflächen Grenzflächen. Warum Neutronen?

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Neutronen Reflektometrie

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Presentation Transcript

  1. Neutronen Reflektometrie Proseminar: Experimentelle Methoden der Festkörperphysik Sina Mayr

  2. Übersicht • Reflektometrie, wozu? • Theorie • Funktionsweise eines Reflektometers • Beispiele • Zusammenfassung

  3. Reflektometrie: Wozu? • Reflektometrie: • Oberflächen • Grenzflächen • Warum Neutronen? • Streuquerschnitt „zufällig“ • Isotope • magnetisches Moment

  4. Übersicht • Reflektometrie, wozu? • Theorie • Funktionsweise eines Reflektometers • Beispiele • Zusammenfassung

  5. Reflektivität von Neutronen Spekuläre Reflexion:

  6. Reflektivität von Neutronen: Totalreflexion Neutronen werden totalreflektiert, wenn Streulängendichte Nukleare Streulänge Beschreibt Stärke und Art der Wechselwirkung eines Neutrons mit atomaren Strukturen

  7. Reflektivität von Neutronen: Reflexionskurve Totalreflexion Kritischer Impulsübertrag:

  8. Reflektivität an mehreren Schichten: Bragg-Gesetz http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography

  9. Reflektivität an mehreren Schichten: Reflexionskurven Interferenz führt zur Überlagerung der reflektierten Strahlen: Kiessig-Oszillationen

  10. Reflektivität an mehreren Schichten: Parratt- Algorithmus • Substrat reflektiert nicht • Rekursive Bestimmung aller Koeffizienten

  11. Reflektivität an mehreren Schichten: Parratt- Algorithmus Screenshot eines Fitting-Programms (Parratt32)

  12. Isotopenempfindlichkeit

  13. Si Fe Polarisierte Neutronen Wechselwirkung mit Magnetfeld von ungepaarten Elektronen Neutronen haben ein magnetisches Moment! Zusätzliches Potential Magnetische Streulänge p

  14. Polarisierte Neutronen: Reflexionskurven Aufspaltung der Reflexionskurven bei magnetischen Materialien

  15. Diffuse / nicht spekuläre Streuung http://www.asdi.com/images/image-for-content/reflection1-jpg.aspx

  16. Übersicht • Reflektometrie, wozu? • Theorie • Funktionsweise eines Reflektometers • Beispiele • Zusammenfassung

  17. Aufbau eines Reflektometers: vertikale Probengeometrie http://www.bnc.hu/?q=node/20 Monochromatisches Reflektometer GINA, BNC (Ungarn) λ: konstant Θ: variabel

  18. Aufbau eines Reflektometers: horizontale Probengeometrie http://www.psi.ch/sinq/amor/description Schematischer Aufbau des Flugzeit-Reflektometers AMOR am PSI (Schweiz) λ: variabel Θ: konstant

  19. Übersicht • Reflektometrie, wozu? • Theorie • Funktionsweise eines Reflektometers • Beispiele • Zusammenfassung

  20. Polymer Interdiffusion: Schematische Darstellung t = 0 t + Δt J.S.Higgins, Polymers and Neutron Scattering, Vortrag, 2012 Polystyrolketten: zeitabhängige Interdiffusion Verständnis von Polymergrenzflächen grundlegend für Anwendungen

  21. Polymer Interdiffusion: Reflektivität Vergleich zwischen Reflexions- kurven nach verschiedenen Zeiten Sichtbar dank Deuterierung! M. Stamm et al. Initial Stages of Polymer Interdiffusion Studied by Neutron Reflectometry.(1991)

  22. Fe/Cr Heterostrukturen: Versuchsaufbau Strukturelle und magnetische Eigenschaften können sich während des Beschichtungsprozesses ändern In-situ Messungen In-situ Sputterkammer installiertan AMOR

  23. Fe/Cr Heterostrukturen: Reflektivitätskurven +Fe +Cr +Fe +Cr +Fe/Cr Spin up Spin down

  24. Fe/Cr Heterostrukturen: Ergebnisse • „Splitting“ • Magnetischer Peak Weitere Auswertung notwendig In-situ Messung funktioniert

  25. Übersicht • Reflektometrie, wozu? • Theorie • Funktionsweise eines Reflektometers • Beispiele • Zusammenfassung

  26. Zusammenfassung • Spekuläre Reflexion: • Impulsübertrag: • Bei mehreren Schichten Überlagerungen analog zu Bragg-Gesetz: Kiessig-Oszillationen • Reflektometrie ist effektive Methode zur Untersuchung von Grenzflächen, Oberflächen, dünnen Schichten • Ausnutzung von spezifischen Eigenschaften der Neutronen: Isotopenempfindlichkeit, magnetisches Moment

  27. Quellen • M.V.Avdeev, V.I.Bodnarchuk: Neutron Reflectometry: Experimental Aspects, Vortrag, 2014 • W. Kreuzpaintner: Introduction to X-Ray and Neutron Reflectometry Vortrag, 2011 • M. Stamm et al. Initial Stages of Polymer Interdiffusion Studied by Neutron Reflectometry. Europhys. Lett., 14 (5), pp. 451-456 (1991) • M. Tolan: X-Ray Scattering from Soft-Matter Thin Films: Materials Science and Basic Research. 1998 • http://nmi3.eu/neutron-research/techniques-for-/structural-research/thin-film-and-layered-structures.html

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