Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

ΜSR - Myonenspinrotation am 18.01.2005 von Julia Repper.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "ΜSR - Myonenspinrotation am 18.01.2005 von Julia Repper."—  Präsentation transkript:

1 µSR - Myonenspinrotation am von Julia Repper

2 µSR, Julia Repper2 Übersicht Wozu µSR? Was sind Myonen? –Eigenschaften –Entstehung Wie funktioniert µSR? verschiedene Experimentierkonfigurationen Vergleich mit anderen Methoden

3 µSR, Julia Repper3 Wozu µSR? µSR = Myonen- Spin- Rotation/ Relaxation/ Resonanz sensible Methode um in kondensierter Materie –Interne Magnetfelder und –Elektronen - Konfigurationen zu messen Messung auf atomarer Ebene

4 µSR, Julia Repper4

5 5 Was sind Myonen? Myoneneigenschaften I Myonen sind wie Elektronen Leptonen µ + und µ - µ + verhält sich wie ein Proton in Materie (Abstoßung durch Gitteratome) interstitielle Gitterplätze µ - verhält sich wie ein Elektron in Materie wird von Atom auf Bohrschen Bahnen eingefangen

6 µSR, Julia Repper6 Myoneneigenschaften II Spin1/2 Masse105,659 Mev/c² (206,769 m e ) gyromagnetisches Verhältnis8, rad/sT Zerfall Mittlere Lebensdauer2,197 µs Polarisation im Ruhesystem100% Charakterleichtes Proton

7 µSR, Julia Repper7 Myonen und ihre Entstehung Entstehungsreaktion: => Pionen notwendig Pionen aus hochenergetischen Proton-Proton-Stößen (z. B. beschleunigtes Proton auf Beryllium-Target)

8 µSR, Julia Repper8 Bild

9 µSR, Julia Repper9 bei bzw. Schöner Nebeneffekt, sehr von Vorteil: µ ist zu 100% polarisiert (vorrausgesetzt π ist in Ruhe) -Pionenspin = 0 (Meson) -wegen maximaler Paritätsverletzung der schwachen WW: -Neutrinos haben immer negative, Antineutrions immer positive Helizität (Anti)-Neutrinospin = (+)- ½ Myonenspin = (+) - ½

10 µSR, Julia Repper10 µ+µ+ υµυµ π+π+ S=0 S= -1/2 Schema Pionenzerfall

11 µSR, Julia Repper11 Paritätsverletzung Bild

12 µSR, Julia Repper12 Myonen und ihre Erzeugung I Oberflächen-Myonen π müssen in Target zur Ruhe kommen Zerfall π in µ in Target Damit µ weiter verwendet werden können müssen sie aus Target raus kommen können Funktioniert nur an Oberfläche

13 µSR, Julia Repper13 isotroper Pionenzerfall nur bei µ + einsetzbar, µ - werden sofort durch Atome weggefangen und kommen nicht mehr aus Target raus

14 µSR, Julia Repper14 Myonen und ihre Erzeugung II Schnelle Myonen Pionenzerfall auch im Flug möglich Keine 100% Polarisation mehr (da µ- Spinrichtung mit µ- Emissionsrichtung zusammenhängt und hier gemittelt werden muss) bei µ + und µ - einsetzbar

15 µSR, Julia Repper15 Bei beiden Methoden: Myonen über geeignetes Strahlleitersystem zur Probe führen (Magneten etc.) 2 Strahltypen –Kontinuierlicher Myonenstrahl –Gepulster Myonenstrahl

16 µSR, Julia Repper16 µSR- Forschungseinrichtungen weltweit

17 µSR, Julia Repper17 Wie funktioniert µSR? µ zerfällt nach 2,2 µs Zerfall ist anisotrop Positronenemission bevorzugt in Spinrichtung des µ

18 µSR, Julia Repper18 Messung der Positronenverteilung Relativ hohe Energien leicht nachweisbar Messung der bevorzugten Emissionsrichtung Aufschluss über Spineinstellung µ

19 µSR, Julia Repper19 Anisotropie e+

20 µSR, Julia Repper20 Magnetfelduntersuchungen lokales Magnetfeld B µ am Myonenort der Myonenspin präzediert auch die Emissionswahrscheinlichkeit präzediert

21 µSR, Julia Repper21

22 µSR, Julia Repper22

23 µSR, Julia Repper23 = Larmorfrequenz = Winkel zw. Anfangspolarisation und Teleskoprichtung = Lebensdauer Myon = 2,2µs = zeitunabhängiger Untergrund = Polarisation Es sind auch mehrere sich überlagernde Signale möglich, da verschiedene Myonen verschiedene lokale Magnetfelder spüren können.

24 µSR, Julia Repper24 Messauswertung direkt das lokale Magnetfeld B µ am Myonenort

25 µSR, Julia Repper25

26 µSR, Julia Repper26 Lokales B µ am Myonenort In ferromagnetischen Metallen: B fermi = Fermi-Kontaktfeld: durch WW zw. s-Elektronen und magnetischem Kernmoment

27 µSR, Julia Repper27 bei µSR oft: B ext =B dem =0 B L und B dip können berechnet werden ( z. B. hypothetische Hohlkugel, ungestörter Kristall: ) Aus Messung B µ folgt direkt physikalisch interessantes B Fermi

28 µSR, Julia Repper28 Schwierigkeiten beim Auswerten µ beeinflusst seine (magnetische) Umgebung genauer Aufenthaltsort µ im Gitter nicht bekannt Gitterführungsexperimente nötig

29 µSR, Julia Repper29 Experimentelle Konfigurationen von µSR Myonen Spin Resonanz (µSR) Null-Feld-Myonen-Spin-Relaxation (ZF- µSR) Transversal-Feld-Myonen-Spin-Rotation (TF- µSR)

30 µSR, Julia Repper30 Myonen Spin Resonanz (µSR) Mischung aus NMR und ESR Statisches B ext parallel zur Myonenspinpolarisation wird an Probe angelegt Kernspinaufspaltung mit boltzmannverteilten Besetzungen

31 µSR, Julia Repper31 Resonanzfrequenz-Magnetfeld HF anlegen Wenn Resonanzfeld Präzessionsfreqeunz erreicht hat Resonanzabsorption HF-Feld wird geschwächt Peak erkennbar

32 µSR, Julia Repper32

33 µSR, Julia Repper33 Null-Feld-Myonen-Spin- Relaxation (ZF- µSR) Es wird kein externes Feld an die Probe angelegt sehr sensible Methode in Bezug auf -Schwache interne magnetische Effekte hervorgerufen durch gerichtete magnetische Momente -Unvorhergesehene statische oder zeitabhängige Magnetfelder

34 µSR, Julia Repper34 Bild ZF-µSR

35 µSR, Julia Repper35

36 µSR, Julia Repper36 Transversal-Feld-Myonen-Spin- Rotation (TF- µSR) I Probe wird in ein zum einfallenden Myonenstrahl transversales externes Magnetfeld gebracht µ präzediert um B ext mit einer Frequenz die von der Stärke des Magnetfeldes am Myonenort abhängig ist

37 µSR, Julia Repper37 Transversal-Feld-Myonen-Spin- Rotation (TF- µSR) II Besonders geeignet zur Messung von –Magnetfeldverteilungen in Supraleitern 2. Art –Knight- Shifts (Resonanzfrequenzverschiebung) v.a. zum Studium der Leitungselektronen

38 µSR, Julia Repper38 Bild TF-µSR

39 µSR, Julia Repper39

40 µSR, Julia Repper40 Anwendungsbeispiel TF-µSR Ultra-niedrig-energetische Myonen können dazu benutzt werden die absolute Eindringtiefe λ eines Magnetfeldes in einen Supraleiter zu bestimmen Hier YBa 2 Cu 3 O 6,95 : –Sprungtemperatur: ~90K

41 µSR, Julia Repper41

42 µSR, Julia Repper42 Vorteile µSR gegenüber anderen FK-Untersuchungmethoden µSR kann auch sehr kleine interne magnetische Felder (~0,1G) auflösen Mit µSR kann bei Frequenzen von 10 4 – Hz messen Großes Zeitfenster, überbrückt Lücke zwischen NMR und Neutronenbeugung

43 µSR, Julia Repper43 Bild time-window

44 µSR, Julia Repper44 µSR ist unabhängig vom zu untersuchenden Material µSR kann unter nahezu allen Umständen angewandt werden z. B. –beliebige Temperatur –hohe Drücke –hohe externe Magnetfelder (bis 8T) µSR kann auch bei sehr kleinen Proben (~10 -1 cm²) angewendet werden (Ultra- niedrig-Energie-µ)

45 µSR, Julia Repper45 Literaturverzeichnis G. Schatz/A. Weidinger: Nukleare Festkörperphysik, Teubner Verlag Stuttgart Ch. Kittel: Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg Povh: Teilchen und Kerne, Springer


Herunterladen ppt "ΜSR - Myonenspinrotation am 18.01.2005 von Julia Repper."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen