Neutronen Reflektometrie

Präsentation zum Thema: "Neutronen Reflektometrie"—  Präsentation transkript:

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

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

14 Polarisierte Neutronen: Reflexionskurven
Aufspaltung der Reflexionskurven bei magnetischen Materialien

15 Diffuse / nicht spekuläre Streuung

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

17 Aufbau eines Reflektometers: vertikale Probengeometrie
Monochromatisches Reflektometer GINA, BNC (Ungarn) λ: konstant Θ: variabel

18 Aufbau eines Reflektometers: horizontale Probengeometrie
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 + Δt Polystyrolketten: zeitabhängige Interdiffusion J.S.Higgins, Polymers and Neutron Scattering, Vortrag, 2012 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 installiert an 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 (1991) M. Tolan: X-Ray Scattering from Soft-Matter Thin Films: Materials Science and Basic Research. 1998