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Lead
Reflektometrie ist eine Methode um Dichteprofile an oder nahe bei Oberflaechen zu bestimmen. Während mittels Roentgenreflektometrie die Elektronendichte und somit in etwa die Massedichte gemessen wird, liefern Neutronen durch ihre Wechselwirkung mit den Atomkernen oft komplementäre Information. Dies ist besonders hilfreich bei organischen Oberflächen oder Membranen. Darüberhinaus sind Neutronen sensitiv auf Magnetfelder und erlauben so eine zerstörungsfreie Bestimmung der Magnetisierung in Festkörpern.Neutronenreflektometrie wird limitiert durch die im Vergleich mit Roentgenreflektometrie sehr niedrige verfügbare Strahlintensität (bei gleichzeitig deutlich grösserer Quelle). Dies führet zu sehr langen Messzeiten von bis zu einigen Tagen und zur Verwendung möglichst grosser Proben.
Lay summary
Wir bauen ein Neutronenreflektometer, das Konzepte aus der Licht- und Röntgenoptik übernimmt. Insbesondere bedeutet das die Realisierung einer fokussierenden, fehlerkorrigierten Optik. In Analogie zur Lichtoptik entspricht das dem Übergang von der camera obscura zur Objektiv-Kamera.
Die Fokussierung in horizontaler Richtung erlaubt es deutlich kleinere Proben zu untersuchen, d.h. von wenigen mm Breite. Das entspricht dem, was mit anderen, komplementären Methoden (Röngenbeugung, Magnetometrie) üblich ist.
Zusammen mit einer neu entwickelten Datenerfassungs- und Auswertungsmethode erlaubt die vertikale Fokussierung die Messzeit um mehr als einen Faktor 10 zu senken.
Die kontrollierte und präzise Strahlführung ermöglicht den Einsatz hocheffizienter Filter zum Beispiel um die Energie der Neutronen einzuschränken oder um die ihre magnetische Polarisation zu definieren.
Gegenstand dieses Projektes ist, erstmalig ein Neutronenreflektometer komplett basierend auf einer 30 m langen fokussierenden Optik zu realisieren.
Kontext
Aufgrund des breiten Anwendungsbereichs von Neutronenreflektometrie erwarten wir signifikante Fortschritte auf vielen Gebieten. Ein Beispiel für die angewandte Forschung ist das Diffusionsverhalten in Batterien. Es wird in Zukunft möglich sein, die Verteilung der Ionen in den Elektronen während realistischer Arbeitsbedingungen zu verfolgen - und nicht wie bisher mit stark reduzierten Ladeströmen.
Im Bereich organischer Filme erlaubt der Einsatz einer zusätzlichen Optik den Messuntergrund um eine Grössenordnung zu reduzieren - und erweitert damit das Anwendungsfeld auf organische Filme die nur wenige nm dick sind.
Für die Grundlagenforschung ist neben der reduzierten Messzeit sicherlich die Kompatibilität mit anderen Messmethoden der grösste Gewinn. Die hier untersuchten Proben sind herstellungsbedingt oft nur wenige Quadratmillimeter gross.