Neutronen liefern neue Einblicke

Wissenschaftler der RWTH haben an der Forschungs-Neutronenquelle in München vielversprechende Tests durchgeführt

03.03.2014 - Deutschland

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 Dr. rer.nat. Vladimir Hutanu. Der Mitarbeiter von Prof. Georg Roth am Institut 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, das von der RWTH aufgebaut und betrieben wird.

Struktur und Funktionalität

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.

Vielversprechende Ergebnisse

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 Dr. 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 Dr. Hutanu, dass die Intensität der Neutronen an POLI weltweit einmalig sein wird und damit schnellere Messungen ermöglicht und bessere Daten geliefert werden.

Offen für internationale Gastwissenschaftler

Bereits während der Aufbauzeit in den letzten Jahren sind mehrere Anträge auf Messzeit von deutschen und internationalen Wissenschaftlern ein-gegangen, denn POLI bietet auch Forschern aus dem Ausland die Möglichkeit, Experimente durchzuführen. Im Herbst können die ersten Gäste ihre Arbeit aufnehmen. In den kommenden drei Jahren sind ein methodischer Ausbau und damit die Steigerung der Kapazität sowie die Implementierung neuer Versuchsarten geplant.

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