MARIA

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 erhalten (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 Schicht- 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 nicht-polarisierten 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 liegt der zu erwartende Dynamikbereich über 6 Größenordnungen.

• Hexapod mit zusätzlichem 360°-Drehtisch, belastbar bis max. 500 kg
• Bruker Elektromagnet Magnetfelder bis 1.3 T
• Geschlossener He-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.

Optimale Probengrößen für Untersuchungen an MARIA sind 10 × 10 mm² unter folgenden Randbedingungen:

• Dünne magnetische Schichten bis in den sub Monolagenbereich
• Polarisationsanalyse ist Standard
• Optimal sind Schichtdicken 1 – 300 Å, Schichtsysteme bis – 1000 Å können ebenfalls untersucht werden.
• Laterale Strukturen im Nanometer- bis zum Mikrometerbereich.
• Temperaturgesteuerte Flüssigzellen für weiche Materie auf verschiedenen Substraten

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.

Primärstrahl

• Neutronenleiter NL5-N: Vertikal fokussierender elliptischer Leiter
• Monochromator: Geschwindigkeitsselektor
• Wellenlänge:
  • 4.5 Å (polarisiert)
  • 4.5 Å (unpolarisiert)
• Auflösung:
  • 10 % mit Geschwindigkeitsselektor
  • 1 %, 3 % Fermi Chopper
• Doppelreflexionspolarisator
• Horizontale Streuebene

Neutronenfluss an der Probe

• Erwartet: Polarisiert 5 · 10⁶ n cm^-2 s^-1 bei 3 mrad Kollimation

Abstände und Winkel

• 4100 mm Abstand S1 – S2 (Kollimation)
• 400 mm Abstand S2 – Probe
• 50 mm × 40 mm (w × h) max. Öffnung S2
• 1910 mm Abstand Probe – Detektor
• 120° maximaler Detektorwinkel
• GISANS Option: 4 m Kollimationslänge

Zugänglicher Q-Bereich

• Reflektometrie:
  • Q_z- Bereich 0.002 Å^-1 – 3.2 Å^-1
  • Q_x- Bereich 6 · 10^-5 – 0.001 Å^-1
  • α_f -14° – 100°
• GISANS Option: Q_y- Bereich 0.002 Å^-1 – 0.2 Å^-1

Polarisationsanalyse

• ³He Zelle (diffus und GISANS)
• Superspiegel Analysator (reflektierend)

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