Entwicklung, Bau, Inbetriebnahme und Einsatz eines Transmissions-Polarisators für das kalte Dreiachsenspektrometer IN12 am Hochflussreaktor des ILL in Grenoble

 

Das Projekt lieferte Beiträge zum Schwerpunkt Erforschung kondensierter Materie an Großgeräten im Bereich der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung im Fokusbereich Entwicklung und Aufbau innovativer Instrumentierung. Es diente dem Förderungsgegenstand Ausbau der experimentellen Infrastruktur und der Erarbeitung neuer Methoden zur Erforschung kondensierter Materie mit Neutronen mit dem Ziel, die Nutzungsmöglichkeiten vorhandener Großgeräte zu erweitern, deren Leistungsfähigkeit zu steigern und somit der Erforschung kondensierter Materie neue Impulse zu verleihen.

Dies betrifft konkret die Auslegung und Realisierung eines neuartigen, bisher nur an sehr wenigen Einrichtungen eingesetzten Transmissions-Polarisators zur Untersuchung von komplexen magnetischen Strukturen und Anregungen mittels polarisierter Neutronen am kalten Dreiachsen-Spektrometer IN12 am Hochflussreaktor des Institut Laue-Langevin (ILL). Ein solcher Polarisator erlaubt die detaillierte Untersuchung von magnetischen Festkörpereigenschaften und dient damit sowohl einem besseren Grundlagenverständnis als auch der Entwicklung von neuartigen magnetischen Materialien für zukünftige Anwendungen.

Die im Rahmen des Projektes entwickelten, gebauten und in Betrieb genommenen Haupt-Komponenten umfassen im Wesentlichen: den Transmissionspolarisator nebst Neutronenleiterelement und Magnetumfassung, das magnetische Führungsfeld vom Polarisator bis zum Leiterende, ein Helmholtz-Spulenpaar um die Monochromatorabschirmung, polarisatorspezifische, verstärkte Gamma- und Neutronenabschirmungen sowie eine Vorrichtung zum einfachen Wechsel von polarisierten zu unpolarisierten Neutronen.

Ausführliche Testmessungen sowie erste Anwendungen auf wissenschaftliche Fragestellungen belegen die ausgezeichneten Leistungsdaten des neuen Polarisators: eine sehr gute Polarisation (90-96% am Probenort, ‚flipping-ratio‘ 20-27) über einen sehr breiten nutzbaren Wellenlängenbereich (2-6 Å) mit guter Transmission (30-35% des unpolarisierten Neutronenflusses), und dies ohne eine Neujustierung des Spektrometers, wenn der Aufbau von nicht-polarisiert zu polarisiert gewechselt wird. Zusammen mit der durch das Upgrade des Primärspektrometers erreichten Flusssteigerung (Faktor 5 bis 10 je nach Wellenlänge) setzt das IN12 nun auch für polarisierte Neutronen weltweit Maßstäbe für Dreiachsenspektrometer. Das Instrument steht deutschen und internationalen Festkörperwissenschaftlern über das Messzeit-Vergabeverfahren des Jülich Center for Neutron Science (JCNS) und des Institut Laue-Langevin (ILL) zur Verfügung.

Als wissenschaftliche Fragestellungen von hoher Relevanz wurde im Rahmen des Projektes die Nutzung von Neutronen für die detaillierte Untersuchung von neuen funktionellen Materialien, insbesondere magnetischen und spintronischen Verbindungen betrieben. Als Beispiele seien Multiferroika, Pnictid-Supraleiter und magnetisch frustrierte System genannt.

An dem Projekt arbeitende Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter:

Prof. Dr. Georg Roth (Projektleiter)
Dr. Wolfgang Schmidt (Projektwissenschaftler)
Dr. Karin Schmalzl (Projektwissenschaftlerin)
Dr. Heifeng Li (Projektwissenschaftler)

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Förderung:

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektträger Deutsches Elektronen-Synchrotron (PT-DESY)
Förderkennzeichen: 05K10PA3
Laufzeit: 01.07.2010 – 30.06.2013