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MARIA
Magnetisches Reflektometer für große Einfallswinkel
Dieses Instrument ist auf kalte Neutronen fokussiert. Bitte beachten Sie deshalb aktuell die „Technischen Daten OHNE kalte Quelle“ unten. Wichtige abweichende Parameter sind gefettet. Ihre Rückfragen werden gern vom Instrumentteam beantwortet.
Das Neutronenreflektometer mit Polarisationsanalyse MARIA wurde entworfen um damit dünne magnetische Schichten bis in den Bereich von Monolagen und lateralen Strukturen zu untersuchen. Die Analyse von reflektierten polarisierten Neutronen gestattet es, unabhängig voneinander die Dichte, den Betrag und die Richtung des Magnetisierungsvektors von vergrabenen Schichten zu bestimmen.
MARIA ist optimiert für Schichtdicken von 3 – 300 Å und laterale Strukturgrößen vom Nanometer- bis in den Mikrometerbereich. Für einen maximalen Fluss ist das Instrument darauf ausgelegt, mit einem vertikal fokussierten Neutronenstrahl Probengrößen von 1 cm2 bei einer Wellenlänge von λ = 4,5 Å mit maximaler Intensität zu untersuchen. Weiterhin beträgt der maximale Einfallswinkel 180° und der Ausfallswinkel umfasst -14° bis 100°.
MARIA bietet standardmäßig Polarisationsanalyse an. Der Strahl wird durch einen polarisierenden Neutronenleiter (z-Geometrie) polarisiert und durch eine Weitwinkel-3He-Zelle analysiert. Die Alternative ist ein nur den reflektierenden Strahl analysierender Superspiegel, der gleichzeitig Spinflip- und Non-Spinflip-Signale registriert.
Außer in der oben beschriebenen Betriebsart als Reflektometer mit guter Auflösung in der horizontalen Streuebene kann MARIA auch als GISANS-Instrument unter streifendem Einfall eingesetzt werden. Diese Betriebsart erhöht die Auflösung in vertikaler Richtung und erlaubt Messungen lateraler Strukturen bis in den Nanometerbereich.
Mit Streuexperimenten unter streifendem Einfall kann tiefenaufgelöst die lateral gemittelte Magnetisierung und die Korrelationen ihrer lateralen Fluktuationen untersucht werden. Mit einem polarisierten Neutronenstrahl werden zusätzlich die Vektoren der lateral gemittelten Magnetisierung (Reflektivität) und die Korrelationen der lateralen Fluktuationen erhoben (diffuse Streuung auf der Mikrometerlängenskala, GISANS auf der Nanometerlängenskala).
Mit polarisierten Neutronen ist MARIA allgemein zur Messung magnetischer Rauigkeiten, der Bildung magnetischer Domänen in dünnen Schichten und lateralen Strukturen geeignet. Mit einem intensiven unpolarisierten Strahl lassen sich Dichteprofile und die Struktur von festen Polymeren untersuchen.
Sehr gut untersucht werden können auch:- Semimagnetische Halbleiter
- Schicht – Substrat Wechselwirkungen
- Grenzflächen von Oxidschichten
Zusätzlich kann das Instrument im unpolarisierten Strahlmodus für die Reflektometrie und die GISANS-Untersuchungen von “weichen” Schichten an der Fest/ Flüssig-Grenzfläche verwendet werden, indem geeignete Flüssigkeitszellen verwendet werden, die zur Verfügung stehen. Geeignete Systeme für solche Untersuchungen umfassen Polymerbürsten, Polyelektrolyt-Multischichten, biomimetisch gestützte Membranen, adsorbierte Proteine etc. Für typische Anwendungen mit deuterierten Lösungsmitteln geht der zu erwartende Dynamikbereich über sechs Größenordnungen.
- Hexapod mit zusätzlichem 360°-Drehtisch, belastbar bis max. 500 kg
- Bruker Elektromagnet: Magnetfelder bis 1,3 T
- Geschlossener 3He-Kryostat: bis zu 4 K
Zusätzlich steht die gesamte Palette der JCNS-Probenumgebung zur Verfügung, d.h. Magnetfelder bis zu 5 T und Temperaturen von 50 mK bis 500 K.
Alle Komponenten von MARIA können von einem Linux-basierten Computer (“Jülich-Münchner Standard”) gesteuert werden. Von diesem Rechner können ferngesteuert automatische Scans und Geräte der Probenumgebung wie Kryostaten und Elektromagnete programmiert und überwacht werden.
Neben dem Reflektometer MARIA steht eine vollausgestattete Molecular-Beam-Epitaxy (MBE)-Anlage zur Herstellung dünner (Oxid)-Schichten für den Nutzer zur Verfügung. Hierin können Proben von typischerweise 10 × 10 mm2 Größe präpariert werden. Schichten, die folgende Elemente enthalten, können hergestellt werden: Al, Cr, Pr, Fe, La, Nb, Ag, Nd, Tb, Sr, Mn, Ti and Co.
- Neutronenleiter NL5-N: Vertikal fokussierender elliptischer Leiter
- Monochromator: Geschwindigkeitsselektor
- Wellenlänge:
- 4,5 – 10 Å (polarisiert)
- 4,5 – 10 Å (unpolarisiert)
- Auflösung:
- 10 oder 20 % mit Geschwindigkeitsselektor
- 1 %, 3 % Fermi Chopper
- Doppelreflexionspolarisator
- Horizontale Streuebene
- Erwartet: Polarisiert 5 × 106 n cm-2 s-1 bei 3 mrad Kollimation
- Abstand S1 – S2 (Kollimation): 4100 mm
- Abstand S2 – Probe: 400 mm
- Max. Öffnung S2: 50 mm × 40 mm (w × h)
- Abstand Probe – Detektor: 1910 mm
- Maximaler Detektorwinkel: 120°
- GISANS Option: 4 m Kollimationslänge
- Reflektometrie:
- Qz- Bereich: 0,002 – 3,2 Å-1
- Qx- Bereich: 6 × 10-5 – 0,001 Å-1
- αf -14° – 100°
- GISANS Option:
- Qy- Bereich: 0,002 – 0,2 Å-1
- 3He-Zelle (diffus und GISANS)
- Superspiegel-Analysator (reflektierend)
- Neutronenleiter NL5-N: Vertikal fokussierender elliptischer Leiter
- Monochromator: Geschwindigkeitsselektor
- Wellenlänge:
- 4,5 – 10 Å (polarisiert)
- 4,5 – 10 Å (unpolarisiert)
- Auflösung:
- 10 oder 20 % mit Geschwindigkeitsselektor
- 1 %, 3 % Fermi Chopper
- Doppelreflexionspolarisator
- Horizontale Streuebene
- Erwartet: polarisiert 5 × 107 n cm-2 s-1 bei 3 mrad Kollimation
- Abstand S1 – S2 (Kollimation): 4100 mm
- Abstand S2 – Probe: 400 mm
- Max. Öffnung S2: 50 mm × 40 mm (w × h)
- Abstand Probe – Detektor: 1910 mm
- Maximaler Detektorwinkel: 120°
- GISANS Option: 4 m Kollimationslänge
- Reflektometrie:
- Qz- Bereich: 0,002 – 3,2 Å-1
- Qx- Bereich: 6 × 10-5 – 0,001 Å-1
- αf -14° – 100°
- GISANS Option:
- Qy- Bereich: 0,002 – 0,2 Å-1
- 3He-Zelle (diffus und GISANS)
- Superspiegel-Analysator (reflektierend)
Tiefenprofilanalyse mit Neutronen
Zusätzlich zum Reflektometer- und GISANS-Modus kann MARIA mit einem Multidetektor Neutron-Depth Profiling (NDP) Spektrometer betrieben werden. Dieses Spektrometer nutzt den vertikal fokussierten Strahl.
NDP ermöglicht die quantitative Bestimmung der Tiefenverteilung leichter Elemente wie 6Li, 10B, 14N und einiger andere. Für diese Betriebsart wird eine NDP-Kammer auf dem Probentisch so platziert, dass sich die Probe automatisch im vertikalen Fokuspunkt des elliptischen Neutronenleiters befindet. Der thermische äquivalente Neutronenfluss erreicht am Probenort 0,7 × 108 n cm-2 s-1. Zusammen mit dem Multidetektorsystem für geladene Teilchen ermöglicht das Spektrometer die Durchführung schneller, zeitaufgelöster NDP-Messungen mit einer Tiefenauflösung von 10 nm.
Verschiedene Arten von Festkörper-Li-Batteriezellen und Batteriematerialien.
- Neutronen (thermisches Äquivalent): *0,7 × 108 n cm-2 s-1*(10 × 20 mm2)
- Nominale Quantisierungsgrenze für 6Li etwa 1013 at/ cm2
- Energieauflösung (Alpha-Teilchen): < 11 keV
- Neutronen (thermisches Äquivalent): 7 × 108 n cm-2 s-1 (10 × 20 mm2)
- Nominale Quantisierungsgrenze für 6Li etwa 1013 at/ cm2
- Energieauflösung (Alpha-Teilchen): < 11 keV
Instrumentverantwortliche
Dr. Alexandros Koutsioumpas
Telefon: +49 (0)89 158860-674
E-Mail: a.koutsioumpas@fz-juelich.de
Dr. Sabine Pütter
Telefon: +49 (0)89 158860-742
E-Mail: s.puetter@fz-juelich.de
MARIA
Telefon: +49 (0)89 158860-514
Tiefenprofilanalyse
N. N.
Betreiber
Förderung
Publikationen
Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu MARIA in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:
Zitierung Instrument
Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). MARIA: Magnetic reflectometer with high incident angle. Journal of large-scale research facilities, 1, A8. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-29
Zitat bitte stets einschließlich DOI.
Instrumentsteuerung
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