Experimentalphysik II - Röntgen- und Neutronenstreuung
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Röntgenabsorption
Mit Hilfe der Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) können die elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Festkörpern untersucht werden. Dazu wird die Absorption von Röntgenlicht in Abhängigkeit von der Photonenenergie in der Nähe einer Absorptionskante gemessen.
Der Bereich unmittelbar an der Kante wird als "X-ray Absorption Near Edge Structure" (XANES) oder "Near Edge X-ray Absorption Fine Structure" (NEXAFS) bezeichnet und gibt Aufschluss über die unbesetzten elektronischen Zustände der Probe. Aus der Absorption bei höheren Photonenenergien, also weiter von der Absorptionskante entfernt, kann aus der oszillatorischen Feinstruktur des Absorptionskoeffizienten - der sog. "Extended X-ray Absorption Fine Structure" (EXAFS) - auf die strukturellen und dynamischen Eigenschaften geschlossen werden.XANES und EXAFS liefern Informationen über die lokalen (elektronischen und strukturellen) Eigenschaften des untersuchten Systems. Langreichweitige Ordnung oder langsame zeitliche Fluktuationen spielen keine Rolle. Die lokalen Eigenschaften weichen - gerade bei elektronisch hochkorrelierten Systemen - oft von den globalen Eigenschaften ab und es ist wichtig für das Verständnis der Eigenschaften dieser Materialien, das Wechselspiel zwischen den einzelnen Freiheitsgraden zu untersuchen. Daher ergänzen sich die Röntgenabsorption und Methoden der Röntgen- bzw. Neutronendiffraktion in idealer Weise.
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Neutronenstreuung
Neutronenstreuung ist eine leistungsfähige Methode der Festkörperspektroskopie, da sie gleichzeitig die Untersuchung der atomaren Struktur von Festkörpern und der Bewegung ihrer Atome (Dynamik) erlaubt. Dabei wird ausgenutzt, dass ein thermisches Neutron eine Wellenlänge in der Größenordnung der Atomabstände besitzt und gleichzeitig eine kinetische Energie in der Größenordnung der Energie der atomaren Schwingungen. Da das Neutron auch ein magnetisches Moment aufweist, können zusätzlich magnetische Eigenschaften gemessen werden. Aufgrund ihrer elektrischen Neutralität wechselwirken Neutronen meist nur schwach mit Materie, so dass sie tief eindringen können und Aussagen über die Volumeneigenschaften einer Probe erlauben. Mit verschiedenen Messmethoden (Diffraktion, Time of Flight) werden die Struktur des Gitters und der magnetischen Momente, sowie phononische und magnetische Anregungen untersucht.
Für weiterführende Fragen steht Michael Krispin gerne als Kontaktpersonen zur Verfügung.
