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POLI

Diffraktometer mit polarisierten heißen Neutronen

POLI POLI


Das Diffraktometer POLI verwendet polarisierte Neutronen, um die komplexe magnetische Struktur in einkristallinen Proben zu untersuchen.

Die Polarisation eines Neutronenstrahls kann als klassischer Vektor behandlet werden. Die Methode der sphärischen Nullfeld Neutronenpolarimetrie (SNP) gestattet es, alle Komponenten des gestreuten Polarisationsvektors zu bestimmen. Die Bestimmung der Beziehung zwischen den Richtungen der Polarisation des eintreffenden Strahls zur Polarisation des gestreuten Strahls erlaubt es, die 16 unabhängigen Korrelationsfunktionen zu bestimmen, die allgemein den Streuprozess der nuklearen und magnetischen Ordnung beschreiben. Dies führt zur Richtung der magnetischen Wechselwirkunsgvektoren magnetischer Strukturen. Für solche Strukturen, bei denen sich die nuklearen und magnetischen Bragg-Reflexe an der gleichen Stelle im reziproken Raum befinden, ergibt SNP die Amplitude der magnetischen Wechselwirkungsvektoren und damit die Verteilung der Magnetisierungsdichte im Kristallgitter.

Momentan verwendet POLI den fokussierten, monochromatisierten Strahl des Einkristalldiffraktometers HEiDi am Strahlkanal 9b. Im Aufbau befindet sich ein neuer nur von POLI genutzter Monochromator am Strahlkanal 9a. Die Nutzung von POLI am eigenen Strahlkanal ist ab 2014 geplant.

Die Trennung von Monochromator und Polaristor gestattet es, polarisierte Neutronen unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen und hohe Auflösung zu verwenden. Speziell für heiße Neutronen ist diese Konfiguration von POLI weltweit ziemlich einzigartig.

Der eintreffende Strahl wird entlang der Strahlachse durch eine 3He Spinfilterzelle (SFC), die sich im magnetostatischen Polarisatorkammer befindet, polarisiert. Die Polarisation des einfallenden Strahls wird durch die Messung der Transmission der SFC mit Hilfe zweier Strahlmonitore bestimmt. SNP an POLI ist mit dem Nullfeldpolarimeter “Cryopad” der dritten Generation implementiert. Nutator und die Eingangsprezässionspule des Cryopads drehen den Polarisationsvektor des einfallenden Strahls sehr genau in die gewünschte Richtung. Die benötigte Polarisationskomponente des an der Probe gestreuten Strahls wird mit Hilfe von sekundären Prezässionspulen und des zweiten Nutators entlang der Quantisierungsachse des Analysators (SFC im Decpol) ausgerichtet. X-, Y- und Z-Komponente der Polarisation des gestreuten Strahls werden für jede Orientierung der Polarisation des einfallenden Strahls gemessen. Damit wird für jeden Bragg-Reflex die Polarisationsmatrix mit neun Elementen bestimmt. Die Zählrate für die beiden Spinzustände wird gegenüber dem Untergrund korrigiert.

Um die höchste Genauigkeit zu erzielen, wird für jeden Reflex eine Optimierung durchgeführt. Die permanente Messung der Polarisation des einfallenden Strahles erlaubt die Korrektur der gemessenen Daten gegen die Zeitabhängigkiet der SFCs. Für die Steuerung und Datenerfassung kommt ein am Institut Laue-Langevin in Grenoble entwickeltes speziell für SNP angepasstes Computerprogramm zum Einsatz. Die gemessenen Datensätze können leicht exportiert, bearbeitet und graphisch dargestellt werden. Programme zur Datenverfeinerung sind in der Entwicklung.

Typische Anwendungen
  • Studium komplexer kommensurater und inkommensurater magnetischer Strukturen im Grundzustand (ohne Magnetfeld), sehr wichtig besonders für Supraleiter
  • Temperaturabhängigkeit der magnetischen Struktur
  • Untersuchung magnetischer oder magneto-elektrischer Domänen mit Nullfeld-SNP an Proben, die sowohl ohne Magnetfeld als auch in hohen externen Magnetfeldern (bis zu 7.5 T) abgekühlt wurden. * Die Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern wird für die Untersuchung von multiferroischen Materialien besonders wichtig.
  • Bestimmung anti-ferromagnetischer Formfaktoren
  • Strukturelle und magnetische Phasenübergänge, Phasendiagramme
Probenumgebung
  • Standard FRM II Kryostaten mit geschlossenem Kühlkreislauf (4 K – 300 K)
  • Tieftemperatureinsätze oder Kryoofen auf Anfrage
  • Niedertemperatureinsätze auf Anfrage
  • 2.2 T HTS Magnet / 7,5 T Magneten auf Anfrage
  • 8 T Magnet ab 2016 geplant
  • Elektrisches Feld bis zu 10 kV
Technische Daten

Primärstrahl (SR-9a an der heißen Quelle)

  • Fokussierende Monochromatoren
CrystalλFlussλFluss
Ån/s/cm2Ån/s/cm2
Cu (220)0.554·1060.92.4·107
Si (311)0.77·1061.152.8·107

Neutronenpolarisation

  • 3He Spinfilterzelle: 0.75 – 0.7
  • Neutronen-Polarisation: 0.93 – 0.8
  • Zellen-Haltezeit: 2 Tage
  • Zeitaufwand für den Zellentausch: 5 – 10 min

Diffraktometer Winkel

mit Cryopadohne Cryopad
-10° < 2θ < 120°-30° < 2θ < 130°
-180° < ω < 180°-180° < ω < 180°
-4° < ξ1 < 4°-5° < ξ1 < 5°
-4° < ξ2 < 4°-5° < ξ2 < 5°
v = 0-4.2° < v < 30°

Cryopad (zero-field polarimeter)

  • Präzision bei Polarisationskontrolle: besser 1°
  • Niedriger Untergrund / niedrige Absorption
  • flHe Füllung (autonom): 10 Tage
  • flN2 Füllung (automatisch): täglich
  • Platz für CC-Kryostat oder “Orange-type”-Kryostat

Instrumentverantwortliche

Dr. Vladimir Hutanu
Telefon: +49 (0)89 289-12153
E-Mail:

Dr. Hao Deng
Telefon: +49 (0)89 289-54725
E-Mail:

POLI
Telefon: +49 (0)89 289-14480

Betreiber

RWTH Aachen

Publikationen

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impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). POLI: Polarised hot neutron diffractometer. Journal of large-scale research facilities, 1, A16. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-22

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

POLI-HEIDI
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Instrument POLI mit SNP Setup.

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