POLI

POLI ist ein vielseitig einsetzbares Einkristalldiffraktometer, welches insbesondere auf die Untersuchung von magnetischen Strukturen mit polarisierten Neutronen ausgelegt ist. Das Instrument ist mit zwei variabel fokussierbaren Monochromatoren ausgestattet. Diese können optional mit dedizierten Neutronen Spin-Polarisatoren kombiniert werden, sodass sowohl unpolarisierte als auch polarisierte Strukturuntersuchungen mit kurzer Wellenlänge und hoher Auflösung möglich sind.

Derzeit stehen am POLI drei Standard-Setups zur Verfügung:

• Sphärische Nullfeld-Neutronenpolarimetrie (SNP) mit dem CRYOPAD der dritten Generation
• Polarisierte Neutronendiffraktion (PND) im magnetischen Feld, auch bekannt als Flipping-Ratio Methode
• Unpolarisierte Diffraktion unter extremen Einflüssen (sehr tiefe Temperaturen, hohe magnetische und elektrische Felder und deren Kombination) in entsprechender Probenumgebung und mit Lifting-Counter Detektor zur Vermessung von Bragg-Reflexen außerhalb der horizontalen Instrumentebene

Zusätzlich sind auf Anfrage weitere individuelle Konfigurationen möglich, z.B. zur Polarisationsanalyse in hohen magnetischen Feldern, zur Untersuchung von resonanter Spaltung in schweren Atomkernen oder zur Bestrahlung.

Die SNP-Methode gestattet es, die Veränderung der Neutronenpolarisation durch den Streuprozess in der Probe präzise zu bestimmen. Hierzu werden für jeden Bragg-Reflex die neun Elemente der sogenannten Polarisationsmatrix gemessen. Die durch diese Matrix ausgedrückte Änderung der Neutronenpolarisation gibt Aufschluss über die 16 unabhängigen Korrelationsfunktionen, die allgemein den Streuprozess der nuklearen und magnetischen Ordnung beschreiben, und erlaubt es, die Richtung des magnetischen Wechselwirkungsvektors selbst für komplexe magnetische Strukturen eindeutig zu bestimmen. Für Strukturen, bei denen sich die nuklearen und magnetischen Bragg-Reflexe an der gleichen Stelle im reziproken Raum befinden, ergibt SNP zusätzlich die Amplitude der magnetischen Wechselwirkungsvektoren und damit die Magnetisierungsdichte im Kristallgitter. Zudem kann die Verteilung von magnetischen Domänen mit dieser Methode vermessen werden. Als Neutronenpolarisator und -analysator werden bei SNP ³He-Spinfilterzellen verwendet, da diese die beste Leistung für die heißen Neutronen am POLI bieten. Durch Variation des ³He-Drucks in den Zellen können diese nach experimentellem Bedarf oder anhand der verwendeten Neutronenwellenlänge optimiert werden. Eine Korrektur der Messdaten für die entsprechend zeitabhängige Neutronenpolarisation wird automatisch durchgeführt. Ein SEOP System zur in-situ Polarisation des ³He-Gases als Ersatz für das zeitabhängige MEOP System ist derzeit in der Entwicklung.

Eine weitere effiziente Methode für die Untersuchung von magnetischen Strukturen ist PND. Bei dieser Messtechnik befindet sich die Probe in einem starken magnetischen Feld und der einfallende Neutronenstrahl wird polarisiert. Entsprechend werden für jeden Bragg-Reflex zwei Intensitäten gemessen – mit einfallender Polarisation parallel und antiparallel zur Feldrichtung – und die Asymmetrie daraus bestimmt. Im Vergleich zur unpolariserten Diffraktion ist diese Asymmetrie zusätzlich sensitiv auf Informationen aus der magnetischen Chiralität und der Interferenz zwischen der nuklearen und magnetischen Streuung. Insbesondere der Interferenzterm ist für PND von großer Bedeutung. Durch seine lineare und nicht quadratische Abhängigkeit vom magnetischen Streufaktor kann er die Genauigkeit in der Bestimmung von kleinen magnetischen Momenten um mindestens eine Größenordnung erhöhen und zusätzliche Phaseninformationen geben. Zur Polarisation des einfallenden Neutronenstrahls für PND kann am POLI je nach Bedarf entweder eine ³He-Spinfilterzelle oder ein speziell entwickelter Supermirror-Bender verwendet werden. Als Ersatz für den Lifting-Counter Detektor ist ein kleiner 2D PSD Detektor derzeit in der Entwicklung.