Tiefer Blick in Materialien
Einkristalldiffraktometer spürt mit polarisierten Neutronen ungepaarte Elektronen auf.
Materialien spielen für die Entwicklung neuer technischer Produkte eine Schlüsselrolle. Als Speicher, Leiter oder Isolatoren sind sie Grundstoffe vieler elektronischer Bauteile. Da diese laufend wachsenden Ansprüche in Sachen Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit genügen müssen, sind Wissenschaftler ständig auf der Suche nach neuen Materialien mit besserer Funktionalität. Wichtige Basis für diese Suche ist die Kenntnis des Aufbaus der Materialien. „Erst wenn wir die Kristallstrukturen, also die Anordnung der Atome kennen, können wir Rückschlüsse ziehen, warum ein bestimmtes Material als Supraleiter fungiert oder sich für den Bau von Speichermedien eignet“, beschreibt Vladimir Hutanu. Der Forscher des Instituts für Kristallographie der RWTH Aachen hat seinen Arbeitsplatz in München an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz, einer zentralen wissenschaftlichen Einrichtung der Technischen Universität München und des Forschungszentrums Jülich. Als Instrumentenverantwortlicher ist er zuständig für das Einkristalldiffraktometer mit polarisierten Neutronen, POLI (Polarized hot neutron diffractometer), das von der RWTH aufgebaut und betrieben wird.
Abb.: Vladimir Hutanu zeigt den neuen Platz des Einkristalldiffraktometers mit polarisierten Neutronen, POLI, an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz. (Bild: RWTH Aachen)
Neutronen dienen den Wissenschaftlern bei diesen Messungen als Indikator für den kristallinen Aufbau des Materials, da sie Materie durchdringen, ohne sie zu zerstören. Detektoren erfassen die an der Probe gestreuten Neutronen, was Rückschlüsse auf die Anordnung der Atome im Festkörper zulässt. Die Experten gewinnen so Erkenntnisse, welche kristalline Struktur in Zusammenhang mit spezifischen Funktionalitäten steht. Dieses Wissen lässt sich dann einsetzen, um gezielt nach neuen Materialien zu suchen oder vorhandene Materialien zu verbessern.
Zu den besonderen Eigenschaften von POLI gehört es, dass es durch Verwendung von polarisierten Neutronen nicht nur die Position der Atome in der Kristallstruktur bestimmen kann, sondern auch die Verteilung von einzelnen ungepaarten Elektronen aufspürt. Diese Erkenntnisse sind besonders für das Verständnis von grundlegenden Mechanismen in magnetischen Materialien wichtig.
Nach mehr als drei Jahren Planung und Aufbau im Rahmen eines vom BMBF geförderten Verbundprojektes hat POLI jetzt erstmals an seinem neuen Platz mit Neutronen gemessen. Diese ersten Versuche mit einem Testmonochromator aus Kupfer haben laut Hutanu bereits vielversprechende Ergebnisse geliefert. Er ist zuversichtlich, dass POLI nach Einbau seiner endgültigen Monochromatoren eines der weltweit stärksten und vielseitigsten Einkristalldiffraktometer mit polarisierten Neutronen sein wird. Schon jetzt sei klar, so Hutanu, dass die Intensität der Neutronen an POLI weltweit einmalig sein wird und damit schnellere Messungen ermöglicht und bessere Daten geliefert werden.
RWTH Aachen / PH
