Neutronendiffraktometrie

Neutronendiffraktometrie ist ein Verfahren der Material- und Festkörperforschung zur Bestimmung der Kristallstruktur, Phasenverteilung und, bei magnetischen Materialien, der Magnetordnung, durch die Streuung von Neutronen an Atomkernen. Das Messprinzip basiert auf der Beugung von Neutronenstrahlung an regelmäßig angeordneten Atomen (Bragg-Beugung). Die Intensitäten der Streuung liefern Informationen über Gitterabstände, Positionen von Atomen, deren occupancy sowie über mögliche magnetische Anordnungen.

Prinzip: Neutronenquellen liefern Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von ca. 1 Å. Durch das Streuungsereignis erfüllt sich das Bragg-Gesetz nλ = 2d sin θ. Aus dem gemessenen Streuungsmuster lassen sich mittels Modellierung Parameter wie Gitterparameter, Phasenanteile, Atomsiten, isotopische Verhältnisse und magnetische Struktur bestimmen.

Ablauf: Typische Proben liegen als Pulver oder in Form eines Kristalls vor. Die Probe wird in eine Neutronenbeugungsanlage gebracht, wo der Strahl je nach Instrumentengattung über Detektoren abgetastet wird. Die Rohdaten werden mit Reflexions- oder Rietveld-Verfahren ausgewertet, um Strukturmodelle zu optimieren.

Anwendungen: Bestimmung kristalliner Strukturen, Phasenanalysen bei Mischkristallen, Charakterisierung von Wasserstoff- und Deuterium-Verteilungen, Untersuchung magnetischer Strukturen, innerer Spannungen und Porenstrukturen (SANS/Reflektometrie).

Vorteile/Nachteile: Neutronen liefern Kontraste für leichte Elemente und Isotope, dringen tief in Materialien ein und ermöglichen magnetische Untersuchungen. Nachteile sind begrenzter Zugang zu Neutronenquellen, oft lange Messzeiten und komplexe Datenauswertung.