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MLZ

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85748 Garching

NREX

Neutronen- / Röntgenreflektometer

N-REX N-REX

NREX ist ein hochauflösendes Neutronen- / Rönt­gen­kon­trast­re­flek­to­me­ter und wird vom Max Planck Institut für Fest­kör­per­forsch­ung betrieben. Das Instrument ist geeignet, die strukturellen und magnetischen Eigenschaften von Oberflächen, Grenzschichten und dünnen Filmen zu bestimmen.

NREX ist ein monochromatisches, winkeldispersives Reflektometer und wird standardmäßig mit 4.28 Å Wellenlänge betrieben. Die Streugeometrie lässt sich zwischen vertikal und horizontal auswählen. Ein horizontal fokussierender Monochromator (M) ermöglicht die Betriebsmodi „höhere Intensität / schwächere Auflösung“ und „bessere Auflösung / geringere Intensität“ und stellt so einen Neutronenstrahl auch für kleine Proben (5 × 5 mm2 und kleiner) bereit. Höhere Ordnungen des Kristallmonochromators werden durch einen Berylliumfilter (Be) unterdrückt. Transmittierende Superspiegel (Verspiegelungsgrad m = 3.5, Polarisationseffizienz P = 99 %) und hoch effiziente HF-Gradienten Spinflipper realisieren eine volle Polarisationsanalyse.

Die Probe ist horizontal ausgerichtet. Der Einfallswinkel wird durch Neigung der Probe realisiert. Der Detektorarm kann für GISANS sowohl horizontal als auch vertikal für spiegelnde und diffuse Streuungsmessungen bewegt werden. Neutronen werden mit einer 20 × 20 cm² positionssensitiven Vielzahldrahtkammer oder einem Zählrohr detektiert. Ein Röntgen-Reflektometer kann auf dem Probentisch orthogonal zum Neutronenstrahl angebracht werden. Es ermöglicht die in-situ-Charakterisierung von empfindlichen Weiche-Materie-Proben und Neutronen-/Röntgenkontrast-Variationsexperimente.

Typische Anwendungen

Neben spekularer und diffuser Reflexion ist Diffraktion unter streifendem Einfall (GIND grazing incidence neutron diffraction) am NREX möglich. Hierfür stehen sowohl unpolarisierte als auch polarisierte Neutronen zur Verfügung. Während die spekulare Reflektivität erlaubt, Streulängendichteprofile (20 – 1500 Å) entlang der Oberflächennormalen (vertikalen) mit nm–Auflösung zu bestimmen, ist die diffuse Streuung sensitiv auf lateralen Eigenschaften wie Rauigkeiten, (magnetische) Domänen, Wirbeln in Supraleitern, Clustern usw. im µm-Bereich. Laterale Strukturen in der Größenordnung von Atomabständen (bis zu wenigen Å) sind mit GIND zugänglich.

Probenumgebungen

Ein geschlossener trockener Kryostat (bis zu 3.5 K) und ein Elektromagnet (bis zu 0.5 T) anwendbar für alle Raumrichtungen mit Restriktionen hinsichtlich Feldstärke sind am NREX permanent verfügbar. Darüber hinaus kann die Standard FRM II Probenumgebung (Horizontalmagnet bis zu 5 T und 3He Kryostateneinsätze bis zu 50 mK) verwendet werden. Zum Instrumentenpool gehört eine Zelle für Untersuchungen an der Fest-/Flüssig-Grenzfläche und eine gasdichte Kammer für Experimente unter definierten Umgebungsbedingungen (beliebige Atmosphären: z.B. definierte relative Feuchte) an der Fest-/Luft-Grenzfläche.

Technische Daten

Monochromator

  • Type: 7 × 5 HOPG Kristalle horizontal fokussierend
  • Wellenlänge: 4.28 Å
  • Wellenlängenauflösung: 1 – 2 %
  • Abstand zur Probe: 2500 mm
  • Oberwellenfilter: gekühltes Beryllium

Kollimation

  • Vertikal
    • Blenden: 0.2 – 6 mm
    • Divergenz: 0.05 – 1.4 mrad
  • Horizontal
    • Blende: 0.2 – 100 mm

Polarisation

  • Neutronenpolarisation: > 99 %
  • Flippereffizienz: > 99 %

Detektor

  • 2 Zählrohre: 3He
  • 2D positionssensitver Detektor: 3He Drahtkammer
  • aktive Fläche: 200 × 200 mm2
  • lateral Auflösung: 3 mm
  • Abstand zu Probe: 2465 mm

Dynamischer und Q-Bereich

  • spekulare Reflektivität: 1 : 1 × 10-6 (@ 5 × 5 mm² Probe und voller Polarisation)
  • Qz: 0.005 – 0.5 Å-1
  • δQz (0 < Qz < 0.2 Å-1): < 0.002 Å-1

Röntgenstrahlen

  • Quelle: Cu-Kα Anode (1,54 Å)
  • Monochromator: Goebel Spiegel & Doppel-Ge-Kristall
  • Detektor: 0-dimensionaler NaI-Szintillationszähler

Instrumentverantwortliche

Dr. Yury Khaydukov
Telefon: +49 (0)89 289-14769
E-Mail:

Dr. Olaf Soltwedel
Telefon: +49 (0)89 289-14769
E-Mail:

Dr. Thomas Keller
Telefon: +49 (0)89 289-12164
E-Mail:

NREX
Telefon: +49 (0)89 289-14878

Betreiber

MPG

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zum NREX in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung and Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). NREX: Neutron reflectometer with X-ray option. Journal of large-scale research facilities, 1, A38. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-30

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

NREX
NREX
© W. Schürmann, TUM

Streukarte von spin-up Neutronen einer [Fe(10nm)/Si(10nm)]50-Multischicht in einem 1kGs Magnetfeld welches vertikal zur Probennormalen und vertikal zu den Neutronen appliziert wurde. Die Streugeometrie ist oben rechts skizziert. Unten links sind die spekularen Reflektivitäten für spin-up und spin-down gezeigt.

Links: Reflektivitäten einer periodischen Heterostruktur [La0.7Sr0.3MnO3(2 nm)/SrRuO3 (8 nm)]15 bei T = 3K (Probenoberfläche 5 × 10 mm2). Rechts: Extrahiertes Model der Spinkonfiguration zum Streulängendichteprofil der links gezeigten Reflektivität (J.-H. Kim et al. Phys. Rev. B 86, 180402® (2012))

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