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? Streuquerschnitt „zufällig“ Isotope magnetisches Moment
Übersicht Reflektometrie, wozu? Theorie Funktionsweise eines Reflektometers Beispiele Zusammenfassung
Reflektivität von Neutronen Spekuläre Reflexion:
Reflektivität von Neutronen: Totalreflexion Neutronen werden totalreflektiert, wenn Streulängendichte Nukleare Streulänge Beschreibt Stärke und Art der Wechselwirkung eines Neutrons mit atomaren Strukturen
Reflektivität von Neutronen: Reflexionskurve Totalreflexion Kritischer Impulsübertrag:
Reflektivität an mehreren Schichten: Bragg-Gesetz http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography
Reflektivität an mehreren Schichten: Reflexionskurven Interferenz führt zur Überlagerung der reflektierten Strahlen: Kiessig-Oszillationen
Reflektivität an mehreren Schichten: Parratt- Algorithmus Substrat reflektiert nicht Rekursive Bestimmung aller Koeffizienten
Reflektivität an mehreren Schichten: Parratt- Algorithmus Screenshot eines Fitting-Programms (Parratt32)
Isotopenempfindlichkeit
Polarisierte Neutronen Wechselwirkung mit Magnetfeld von ungepaarten Elektronen Neutronen haben ein magnetisches Moment! Zusätzliches Potential Magnetische Streulänge p Fe Si
Polarisierte Neutronen: Reflexionskurven Aufspaltung der Reflexionskurven bei magnetischen Materialien
Diffuse / nicht spekuläre Streuung http://www.asdi.com/images/image-for-content/reflection1-jpg.aspx
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Aufbau eines Reflektometers: vertikale Probengeometrie http://www.bnc.hu/?q=node/20 Monochromatisches Reflektometer GINA, BNC (Ungarn) λ: konstant Θ: variabel
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
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Polymer Interdiffusion: Schematische Darstellung t + Δt Polystyrolketten: zeitabhängige Interdiffusion J.S.Higgins, Polymers and Neutron Scattering, Vortrag, 2012 Verständnis von Polymergrenzflächen grundlegend für Anwendungen
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)
Fe/Cr Heterostrukturen: Versuchsaufbau Strukturelle und magnetische Eigenschaften können sich während des Beschichtungsprozesses ändern In-situ Messungen In-situ Sputterkammer installiert an AMOR
Fe/Cr Heterostrukturen: Reflektivitätskurven +Fe +Cr +Fe +Cr +Fe/Cr Spin up Spin down
Fe/Cr Heterostrukturen: Ergebnisse „Splitting“ Magnetischer Peak Weitere Auswertung notwendig In-situ Messung funktioniert
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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
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