title: Polarized neutron imaging for magnetic and superconducting materials’ characterization
Creators: name: Oji, Ugwumsinachi
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik::500 Naturwissenschaften::500 Naturwissenschaften und Mathematik
subject: neutron imaging
subject: polarized neutrons
subject: superconductivity
subject: magnetism

description: The use of polarized neutrons in materials investigation has evolved over the years, facilitated by steady developments in instrumentation and analytical techniques. This method is particularly powerful for the characterization of magnetic fields and structures in bulk materials due to the neutron’s charge neutrality and spin property, allowing a large penetration depth in the material and interaction with the magnetic fields, respectively. As target materials grow increasingly complex, understanding their magnetic behavior becomes crucial for applications spanning from superconductors to ferromagnetic materials. This thesis embarks on a dual mission: to broaden the application spectrum of polarized neutron imaging and to assess its possible limitations. The essence of the research presented highlights the adaptability and strength of polarized neutron imaging across diverse applications. The technique proves instrumental in characterizing field trapping in the high-temperature superconductor, YBCO, and extends its utility to determine critical current density, offering new pathways for engineering applications. Further innovations include the development of an energy-selective setup at the IMAT station of the ISIS Neutron &amp; Muon source, which demonstrates the method’s efficacy in discerning magnetic anisotropy and opens avenues for deeper analytical investigations. Additionally, the study highlights the nuanced interpretation of imaging results, emphasizing the role of the adiabatic condition. Despite its challenges, such as artifacts and signal loss, the condition offers benefits when the investigation is focused on internal magnetic moment characterization. Finally, the incorporation of polarized neutron imaging at the NeXT station emphasizes its multifunctional capabilities, tailored to reactor source settings, facilitating a range of material analyses from electric steel to meteorite specimens. In conclusion, this thesis underscores the potential of polarized neutron imaging across scientific and engineering disciplines. While navigating its challenges, the study reveals uncharted possibilities, encouraging further exploration and development to harness the capabilities of polarized neutron imaging effectively.
description: Die Anwendung von polarisierten Neutronen in der Materialuntersuchung hat sich im Laufe der Jahre durch stetige Weiterentwicklungen in der Instrumentierung und analytischen Techniken entwickelt. Diese Methode ist besonders leistungsfähig für die Charakterisierung von magnetischen Feldern und Strukturen in Massivmaterialien aufgrund der Ladungsneutralität und der Spin-Eigenschaft des Neutrons, die eine große Eindringtiefe in das Material und eine Interaktion mit den magnetischen Feldern ermöglichen. Mit zunehmender Komplexität der Zielmaterialien wird das Verständnis ihres magnetischen Verhaltens für Anwendungen von Supraleitern bis zu ferromagnetischen Materialien entscheidend. Diese Dissertation verfolgt eine doppelte Mission: das Anwendungsspektrum der polarisierten Neutronenbildgebung zu erweitern und ihre möglichen Einschränkungen zu bewerten. Der Kern der präsentierten Forschung hebt die Anpassungsfähigkeit und Stärke der polarisierten Neutronenbildgebung in verschiedenen Anwendungen hervor. Die Technik erweist sich als entscheidend bei der Charakterisierung von Feldfallen im Hochtemperatursupraleiter YBCO und erweitert ihre Nützlichkeit, um die kritische Stromdichte zu bestimmen, und bietet neue Wege für technische Anwendungen. Weitere Innovationen umfassen die Entwicklung eines energie-selektiven Setups an der IMAT-Station der ISIS Neutron &amp; Muon Quelle, das die Wirksamkeit der Methode bei der Unterscheidung magnetischer Anisotropie zeigt und Möglichkeiten für tiefere analytische Untersuchungen eröffnet. Darüber hinaus hebt die Studie die nuancierte Interpretation von Bildgebungsergebnissen hervor und betont die Rolle der adiabatischen Bedingung. Trotz ihrer Herausforderungen wie Artefakten und Signalverlust bietet die Bedingung Vorteile, wenn die Untersuchung auf die Charakterisierung interner magnetischer Momente fokussiert ist. Schließlich betont die Integration der polarisierten Neutronenbildgebung an der NeXT-Station ihre multifunktionalen Fähigkeiten, die auf Reaktorquelleneinstellungen zugeschnitten sind und eine Reihe von Materialanalysen von Elektrostahl bis zu Meteoritenproben ermöglichen. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertation das Potenzial der polarisierten Neutronenbildgebung in wissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Bei der Bewältigung ihrer Herausforderungen zeigt die Studie bisher unerforschte Möglichkeiten auf und ermutigt zu weiterer Erforschung und Entwicklung, um die Fähigkeiten der polarisierten Neutronenbildgebung effektiv zu nutzen.