Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

3. Untersuchung magnetischer Eigenschaften mittels Neutronen-Reflektometrie
um den Detektor zu erreichen. Die Wellenlänge λ ist daher direkt proportional zur
Flugzeit t.
Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten zur Nutzung der Time-of-Flight-Methode:
• Inelastische Neutronenstreuung mittels eines monochromatischen Neutronenstrahls:
Hierbei werden Neutronen mit derselben Wellenlänge auf die Probe eingestrahlt,
wo sie inelastisch gestreut werden. Durch ihren Energiegewinn bzw.
-verlust ändern sie ihre Wellenlängen und somit ihre Geschwindigkeiten. Aus
der Auftreffzeit t am Detektor lässt sich dieser Energieübertrag ermitteln.
• Elastische Neutronenstreuung mittels eines weißen Neutronenstrahls: Da bei der
elastischen Neutronenstreuung kein Energieübertrag stattfindet, bleibt die Wellenlänge
während der Streuung konstant. Die Verwendung verschiedener Neutronenwellenlängen
erlaubt die gleichzeitige Messung verschiedener Impulsüberträge,
sodass Messzeiten im Vergleich zur Verwendung monochromatischer Neutronen
stark verkürzt werden können. Im Falle der Reflektometrie lassen sich
somit bei einem Einfallswinkel θ gleichzeitig viele Messpunkte für den Impulsübertrag
q gewinnen (Gleichung 2.15). Diese Möglichkeit wird bei der Beamline
REFSANS (Kapitel 3.4) verwendet.
Bei einer Flugdistanz von 20 m und Wellenlängen von 2 Å bzw. 16 Å ergeben sich
Flugzeiten von 10,1 ms bzw. 80,8 ms. Da Neutronen nur mittels Kernreaktionen und
somit nur einmal detektiert werden können [7,100], muss der Startzeitpunkt bekannt
sein, um eine exakte Zeitmessung zu gewährleisten. Dazu muss ein kontinuierlicher
Neutronenstrahl, wie er am FRM II zur Verfügung steht, in einzelne Pakete aufgeteilt
werden. Dies wird durch sog. Chopper erreicht. Im einfachsten Fall wird dazu
eine Scheibe aus einem neutronenabsorbierenden Material benützt, die sich mit einer
bestimmten Kreisfrequenz ω dreht. An einer Stelle der Scheibe befindet sich eine
Aussparung (Abbildung 3.5). Trifft der Neutronenstrahl diese Aussparung, kann er
die Scheibe passieren, andernfalls wird er absorbiert. Bei der entsprechenden Wahl
der Drehfrequenz lassen sich die Neutronenpakete so erzeugen, dass sie sich trotz
der beträchtlichen Laufzeitunterschiede nicht überschneiden. In der Praxis sind die
Choppersysteme deutlich komplexer aufgebaut, als das in Abbildung 3.5 dargestellte.
Durch die Verwendung mehrerer Scheiben mit einstellbarem Abstand und variabler
Drehzahl ω lassen sich u. a. die Wellenlängenauflösung oder der zur Verfügung gestellte
Wellenlängenbereich genau definieren.
3.4. Beamline REFSANS am FRM II
Das Sputtersystem zur in situ Neutronen-Reflektometrie, das in Kapitel 4 vorgestellt
wird, wurde so konzipiert, dass es an der Neutronen-Beamline REFSANS an der
Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) betrieben werden kann.
REFSANS steht für ein Reflektometer mit einer SANS-Option, wobei SANS (small
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