neutronenbeugung

Neutronenbeugung ist eine Methode der Kristallstrukturanalyse, die elastische Streuung von Neutronen an Kristallen oder Pulverproben nutzt, um atomare Anordnungen zu bestimmen. Das Muster folgt der Bragg-Bedingung nλ = 2d sin θ; aus Reflexen lassen sich Gitterabstände und Strukturlayout ableiten. Typische Neutronenwellenlängen liegen um 1 Å; Experimente verwenden monochromatisierte Strahlen oder Time-of-Flight-Technik und unterschiedliche Spalt- und Detektorcharakteristika.

Im Unterschied zu Röntgenstrahlung interagieren Neutronen überwiegend mit Kernen statt mit Elektronenhüllen. Sie besitzen zudem Spin und können magnetische Streuung liefern, was die Bestimmung magnetischer Strukturen ermöglicht. Die Streuwahrscheinlichkeit variiert stark mit dem Isotop und mit Wasserstoff ist Neutronenbeugung besonders sensitiv; durch Deuterierung kann man Kontraste gezielt erhöhen oder verringern.

Typische Messformen sind Pulverbeugung, Einzelkristallbeugung und time-of-flight-Beugung. Aus dem gemessenen Intensitätsverlauf und Refinement-Methoden wie dem Rietveld-Verfahren lassen sich atomare Positionen, Isotopenverhältnisse und magnetische Ordnung bestimmen. Neutronenbeugung erfordert oft größere Probenmengen und spezialisierte Einrichtungen, bietet aber einzigartige Informationen, die mit anderen Techniken nicht zugänglich sind.

Anwendungen finden sich in der Materialwissenschaft, Metallurgie, Katalyse, Polymerchemie und Biologie. Besonders vorteilhaft ist die Lokalisierung von Wasserstoffatomen in Festkörpern und die Untersuchung komplexer Magnetstrukturen. Als ergänzende Methode zu Röntgenbeugung liefert Neutronenbeugung ein umfassenderes Bild der Struktur und Eigenschaften von Materialien.