Gut vernetzt: Deutsch-Chinesische Zusammenarbeit im Instrumentenbau

Carr-Reaktor Das PANDA-Team arbeitete über ein Jahr eng mit den chinesischen Kollegen zusammen; v.l.n.r.: P. Cheng, P. Cermak, A. Schneidewind, F. Stoica, H. Zhang, P. Geselbracht, Y.T. Liu © MLZ

Das PANDA-Team arbeitete über ein Jahr eng mit den chinesischen Kollegen zusammen; v.l.n.r.: P. Cheng, P. Cermak, A. Schneidewind, F. Stoica, H. Zhang, P. Geselbracht, Y.T. Liu © MLZ

Ein Dreiachsenspektrometer ist für Neutronenstreuer eines der wichtigsten Instrumente für die Messung von Dynamik in Festkörpern. Die weltweite „Community“ von Wissenschaftlern, die ein solches Instrument betreuen, sei relativ überschaubar, sagt Dr. Astrid Schneidewind vom MLZ. Man kennt sich und so kam es auch, dass chinesische Wissenschaftler im Laufe der Jahre häufig in Garching waren, um enger zusammen zu arbeiten. 2013/14 forschte Dr. Peng Cheng am Instrument PANDA Garching, um ein Konzept für ein kaltes Dreiachsenspektrometer zu entwickeln, das er nun zusammen mit den MLZ-Wissenschaftlern Dr. Astrid Schneidewind, Dr. Peter Link und Dr. Robert Georgii in der Zeitschrift Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A-Accel. Spectrom. Dect. Assoc. Equip. 821, 17 veröffentlicht hat.

Das China Institute of Atomic Energy (CIAE) hat seit 2011 den China Advanced Research Reactor (CARR) in der Nähe von Peking in Betrieb, der in erster Linie Neutronen für die Materialentwicklung liefert. Das Forschungszentrum Jülich hat dafür bereits vor Jahren drei seiner Instrumente nach China verkauft und damit für deutsche Wissenschaftler einen Anteil an der verfügbaren Messzeit des CARR gesichert. Mit Hilfe des MLZ hatten in der Vergangenheit bereits chinesische Wissenschaftler ein thermisches Spektrometer ähnlich dem Instrument PUMA am CARR-Reaktor gebaut. Nun stand die Entwicklung eines eigenen kalten Dreiachsenspektrometers auf der Wunschliste.

Peng Cheng ist ein ehemaliger Doktorand von Prof. Wei Bao, welcher nach über 20 Jahren nach China zurückgekehrt ist. Insgesamt fast ein Jahr hat Peng Cheng am MLZ verbracht, um den Strahlengang durch verschiedene Instrumentkonfigurationen mit einer speziellen Software optimieren zu können. Typ und physikalische Parameter der wichtigsten Gerätekomponenten wie Neutronenleiter, Monochromator, Analysator und polarisierenden Vorrichtungen sind in die Simulation eingegangen und wurden auf diese Art optimiert. Obwohl die Simulationen auf den Gegebenheiten des CARR-Reaktors basieren, sind die Ergebnisse doch auf die Entwicklung künftiger Dreiachsenspektrometer übertragbar und deshalb auch für die gesamte „Community“ wichtig. „Insofern profitieren auch die Wissenschaftler am MLZ in Garching sehr von dieser Zusammenarbeit“, meint Peter Link. Die Instrumente PUMA und PANDA sind bei Neutronenstreuern sehr begehrt und am MLZ regelmäßig überbucht. Unter diesem Gesichtspunkt sind sehr gute Dreiachsenspektrometer am CARR-Reaktor in China für die weltweite Forschergemeinde von großem Interesse. Sie bringen Entlastung, denn die Wissenschaftler können so auf eine kürzere Wartezeit für Messzeit an diesen Instrumenten hoffen und damit beschleunigt sich die Forschung.

Experimente an einem Dreiachsenspektrometer dienen beispielsweise der Untersuchung von Spinwellen, Kristallfeldanregungen, Phononen, Anregungen in niederdimensionalen Systemen, quasielastischer Streuung sowie Beugung mit Energieanalyse. Die Ergebnisse tragen oft entscheidend zur Erforschung von unkonventioneller Supraleitung, stark korrelierten Elektronensystemen, magnetisch frustrierten Systemen und Magnetismus in niederdimensionalen Systemen bei.