NeutronenReflektometrie

Neutronenreflektometrie ist eine Oberflächen- und Grenzflächenuntersuchung, bei der die Intensität der von einer Probenoberfläche reflektierten Neutronen gemessen wird. Der Messwert ist die spekulare Reflektivität R(Qz) als Funktion des Momentumübertrags senkrecht zur Oberfläche. Qz ergibt sich aus Qz = 4π sin(θ)/λ. Durch den Vergleich der reflektierten mit der einfallenden Intensität erhält man Informationen über die Struktur der Grenzfläche auf Tiefenebene.

Der gemessene Signalverlauf hängt von der Verteilung der Streukontraste, der sogenannten Scattering Length Density (SLD), ab. Aus R(Qz) lassen sich Tiefenprofile der SLD ableiten, aus denen Dicken, Dichte und Rauhigkeit einzelner Schichten in Mehrschichtsystemen bestimmt werden. Ein besonderer Vorteil besteht in der starken Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff- bzw. Deuterium-Kontrasten, was Isotopen- oder Deuterierungseffekte in biologischen oder organischen Systemen nutzbar macht.

Techniken und Auswertung: Die spekulare Reflektivität wird oft mit dem Parratt-Verfahren bzw. der Transfermatrix- oder Nevot-Croce-Rauhheitsbehandlung modelliert. Off-speculares Streuen liefert zusätzliche Informationen zu lateralen Korrelationsstrukturen. Durch die Verwendung polarisierter Neutronen (PNR) können magnetische Tiefenprofile gewonnen werden, da Spinabhängigkeiten der Streuung genutzt werden.

Anwendungen: Neutronenreflektometrie eignet sich für Dünnfilme, Multilayer-Systeme, Polymere, Lipidmembranen, biologische Oberflächen, Oxide, Superleiter- und magnetische Schichten. Experimente nutzen kontinuierliche oder gepulste Neutronenquellen (Reaktoren oder Spallationsquellen) und können in kontrollierten Umgebungen mit Temperatur, Feuchte oder externem Magnetfeld durchgeführt werden.