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Physiker der Universität Luxemburg haben zusammen mit Forschungspartnern zum ersten Mal in einer umfassenden Studie dargelegt, wie unterschiedliche magnetische Materialien mithilfe der Neutronenstreutechnik untersucht werden können. Ihre Erkenntnisse haben die Wissenschaftler nun in dem renommierten Wissenschaftsjournal „Reviews of Modern Physics“ der „American Physical Society“ veröffentlicht.
Vom Computer über Lautsprecher bis hin zu elektrischen Autos und Windturbinen – die meisten elektronischen Geräte enthalten magnetische Materialien. Um diese Technologien weiterzuentwickeln, muss man verstehen, warum magnetische Materialien bestimmte Eigenschaften aufweisen. „Entscheidend für die Eigenschaften vieler Materialien ist die mesoskopische Längenskala, also der Bereich zwischen einem Nanometer und einem Mikrometer. Elemente der Mikrostruktur eines Materials wie z.B. die Korngrenzen zwischen den Kristallkörnern haben einen starken Einfluss auf die thermischen, elektrischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften eines Metalls,“ erklärt Andreas Michels, Associate Professor in Physics and Materials an der Universität Luxemburg und einer der Hauptautoren des Papers.
Die vielleicht wichtigste Methode, um die Vorgänge auf dieser Ebene zu untersuchen, ist die Neutronenstreutechnik. „Mithilfe der Neutronenstreutechnik kann man in diese Materialien hineinsehen, ähnlich wie mit der Röntgenstrahlung bei anderen Materialien“, erklärt Michels. Um das zu erreichen, beschießen die Wissenschaftler zunächst Materialproben mit einem Neutronenstrahl. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen mit der Probe werden die Neutronen von ihrer normalen Bahn abgelenkt. Diese Streuung wird mit einem Detektor nachgewiesen. Anhand von theoretischen Modellierungen können die Wissenschaftler dann aus dem Muster der Streuung Rückschlüsse auf die Mikrostruktur des untersuchten Materials ziehen.
Im Mittelpunkt des Review Paper, das unter anderem in Zusammenarbeit mit Forschern der TU München, der University of Notre Dame, der University of Minnesota, dem Institut Laue-Langevin und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht entstanden ist, steht die Analysetechnik. „Wir haben zum ersten Mal umfassend untersucht, welche breite Klasse von Materialien man mit der Neutronenstreutechnik erforschen kann“, so Andreas Michels. „Wir befassen uns unter anderem mit Supraleitern, Permanentmagneten, Formgedächtnislegierungen, Ferrofluiden - nahezu das ganze Spektrum an magnetischen Materialien von konkreten Anwendungen bis hin zu grundlegender Forschung in der Festkörperphysik.“
Die Ergebnisse der Arbeit können von Physikern und Materialforschern genutzt werden, die sich einen Überblick über die Bandbreite der Anwendungsmöglichkeiten der Neutronenstreutechnik verschaffen wollen, aber auch von Ingenieuren, die Prognosen über Belastbarkeit, Abnutzung und Eigenschaften von Materialien unter sich wandelnden Bedingungen erstellen möchten.
Magnetic small-angle neutron scattering
Sebastian Mühlbauer, Dirk Honecker, Élio A. Périgo, Frank Bergner, Sabrina Disch, André Heinemann, Sergey Erokhin, Dmitry Berkov, Chris Leighton, Morten Ring Eskildsen, and Andreas Michels
Rev. Mod. Phys. 91, 015004 – Published 4 March 2019
Criteria of this press release:
Journalists
Electrical engineering, Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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