NREX
Polarisiertes Neutronenreflektometer mit Röntgenoption
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.
Instrumentschema N-REX
Das Neutronen-/ Röntgen-Kontrastreflektometer NREX dient der Bestimmung struktureller und magnetischer Eigenschaften von Oberflächen, Grenzflächen, Dünnschichten und Heterostrukturen.
Ein fokussierender Multiblade-Monochromator ermöglicht die Messung kleiner Probenbereiche (20 mm2) mit hoher Polarisation in einem Dynamikbereich von sechs Größenordnungen. Bei größeren Proben und einem nicht polarisierten Strahl sind mehr als sieben Ordnungen möglich. Eine horizontale Ausrichtung der Probe ermöglicht die Durchführung von (a) GISANS (grazing incidence small angle neutron scattering) und GIND (grazing incidence neutron diffraction) und (b) in-situ Röntgenexperimenten. Für letztere wird ein optionales Röntgenreflektometer senkrecht zum Neutronenstrahl montiert. Simultane Neutronen-/ Röntgenexperimente ermöglichen effektive Studien irreversibler Prozesse und empfindlicher Proben.
Typische Anwendungen
Eine (polarisierte) Neutronenreflektometrie allein oder in Kombination mit Röntgenreflektometrie liefert Informationen über die räumliche Verteilung chemischer Elemente und Isotope sowie das magnetische Moment.
Eine ausgewählte Liste von Beispielen:
- Grenzflächenphänomene in stark korrelierten Heterostrukturen
- Modelloberflächen für biofunktionelle Studien
- Physik und Chemie der Grenzflächen flüssig/ fest und gas/ fest
- Neue Materialien für Spintronik, Quanten- und Neuromorphic Computing
- Einfluss reduzierter Dimensionalität auf magnetische Eigenschaften
- Weiche Dünnschichten
- Materialwissenschaft von Dünnschichten und Heterostrukturen
Probenumgebung
- Geschlossener trockener Kryostat (bis zu 3,5 K) mit Saphirfenstern für niedrigen Hintergrund
- 3He Kryostat (bis zu 0,5 K), von unten beladbar mit großem Probenraum
- Elektromagnet (bis 3,5 T) mit Feldrichtung in x, y und z
- In-situ-Röntgenreflektometer
- Gasdichte Kammer mit regelbarer Atmosphäre (H2, H2O, Ar, N2 etc.) und Temperatur (bis 600 K)
- Feuchtigkeitskontrollsystem: Luftfeuchtigkeit 0 – 100 % (H2O oder D2O), Temperatur 20° C < T < 50° C
- Hochspannungs-Probenstab (bis 10 kV)
- In-situ-Transportmessung
- γ-Detektor für Oberflächen-Prompt-Gamma-Analyse
Technische Daten OHNE kalte Quelle
Monochromator
- Typ: 7 × 5 HOPG Kristalle, horizontal fokussierend
- Wellenlänge: 3,0 Å fest
- Wellenlängenauflösung: 4 %
- Abstand zur Probe: 2500 mm
Kollimation
- Vertikal
- Blenden: 0,2 – 6 mm
- Divergenz: 0,05 – 1,4 mrad
- Horizontal
Polarisation
- Doppel-Reflex Polarisator mit Bandpass-Beschichtung zur Unterdrückung höherer Monochromator-Ordnungen. P > 99,9 %
- Analysator mit 200 × 200 mm² Eintrittsfläche: P > -99,0 %
- Ausgleich des reduzierten Flusses wird erwartet
- Flipper-Effizienz: > 99,99 %
Detektor
- 2 3He Zählrohre
- 2D positionssensitver Detektor:3He Drahtkammer
- Aktive Fläche: 200 × 200 mm2
- Laterale Auflösung: 3 mm
- Abstand zu Probe: 2465 mm
Geschätzter Fluss an der Probe (λ = 2,9 Å , 0,3 mrad Strahldivergenz)
- Nicht polarisiert: 3 × 105 n cm-2 s-1
- Polarisiert: 1 × 105 n cm-2 s-1
Dynamischer und Q-Bereich
- Spekulare Reflektivität: 1 : 1 × 10-6 (@ 5 × 5 mm² Probe und voller Polarisation)
- Grenzen der Q-Komponenten (für λ = 2,9 Å)
- Qz: 0,0075 – 0,75 Å-1
- Qx: 7,5 × 10-5 – 7,5 × 10-3 Å-1
- Qy: 0,03 – 2,3 Å-1
Röntgenstrahlen
- Quelle: Cu-Kα feste Anode (1,54 Å)
- Monochromator: Göbel Mirror & Doppel-Ge-Kristall
- Detektor: eindimensionaler DECTRIS
Technische Daten MIT kalter Quelle
Monochromator
- Typ: 7 × 5 HOPG Kristalle, horizontal fokussierend
- Wellenlängen: 4,1 – 5,5 Å, bester Fluss/ Untergrund mit Be Filter bei 4,3 Å
- Wellenlängenauflösung: 4 %
- Abstand zur Probe: 2500 mm
Kollimation
- Vertikal
- Blenden: 0,2 – 6 mm
- Divergenz: 0,05 – 1,4 mrad
- Horizontal
Polarisation
- Doppel-Reflex Polarisator mit Bandpass-Beschichtung zur Unterdrückung höherer Monochromator-Ordnungen: P > 99,9 %
- Analysator mit 200 × 200 mm² Eintrittsfläche: P > -99,0 %
- Flipper-Effizienz: > 99,99 %
Detektor
- 2 3He Zählrohre
- 2D positionssensitver Detektor: 3He Drahtkammer
- Aktive Fläche: 200 × 200 mm2
- Laterale Auflösung: 3 mm
- Abstand zu Probe: 2465 mm
Geschätzter Fluss an der Probe (λ = 2.9 Å , 0.3 mrad Strahldivergenz)
- Nicht polarisiert: 3 × 105 n cm-2 s-1
- Polarisiert: 1 × 105 n cm-2 s-1
Dynamischer und Q-Bereich
- Spekulare Reflektivität: 1 : 1 × 10-6 (@ 5 × 5 mm² Probe und voller Polarisation)
- Grenzen der Q-Komponenten (für λ = 2,9 Å)
- Qz: 0,0075 – 0,75 Å-1
- Qx: 7,5 × 10-5 – 7,5 × 10-3 Å-1
- Qy: 0,03 – 2,3 Å-1
Röntgenstrahlen
- Quelle: Cu-Kα feste Anode (1,54 Å)
- Monochromator: Göbel Mirror & Doppel-Ge-Kristall
- Detektor: eindimensionaler DECTRIS
Instrumentverantwortliche
Dr. Laura Guasco
Telefon: +49 (0)89 289-14769
Email: L.Guasco@fkf.mpg.de
Dr. Thomas Keller
Telefon: +49 (0)89 289-12164
E-Mail: T.Keller@fkf.mpg.de
Prof. Dr. Bernhard Keimer
Telefon: +49 (0)711 689-1650
E-Mail: b.keimer@fkf.mpg.de
NREX
Telefon: +49 (0)89 289-14878
Betrieben und gefördert von
Publikationen
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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
© W. Schürmann, TUM
25-nrex fig1
Streukarte von spin-up Neutronen einer [Fe(10nm)/Si(10nm)]50-Multischicht in einem 1 kGs 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.
Sample2 klein
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( R ) (2012)).