neutronikristallografia

Neutronikristallografie ist ein Verfahren der Kristallographie, das Neutronen verwendet, um die Anordnung der Atome in Kristallen zu bestimmen. Im Gegensatz zur Röntgenkristallographie, die hauptsächlich auf Elektronendichte reagiert, streuen Neutronen an Atomkernen. Zusätzlich besitzen Neutronen einen magnetischen Moment, sodass sich auch magnetische Strukturen in Materialien rekonstruiert lassen.

Neutronen weisen eine tiefe Eindringtiefe auf und liefern Streudaten von bulk-Materialien. Sie streuen nicht nur an schweren, sondern auch an leichten Elementen; besonders Wasserstoff und Deuter sind gut unterscheidbar, wodurch Wasserstoffpositionen oft direkt bestimmbar sind. Die Streukonstanten der Kerne sind elementabhängig und können sowohl positiv als auch negativ sein, was zu charakteristischen Kontrasten führt. Dadurch ergänzen Neutronen die Informationen aus Röntgenbeugung.

Typische Anwendungen umfassen die Bestimmung von Kristallstrukturen in Festkörpern, Mineralien, organischen Verbindungen und biologischen Makromolekülen. Ein besonderes Stärkeprofil liegt in der Untersuchung magnetischer Strukturen, da Neutronen auf magnetische Momente reagieren. Die Methode wird außerdem genutzt, um Wasserstoffpositionsverläufe in Proteinen zu lokalisieren oder Hydrurse zu charakterisieren.

Experimente finden an Kernreaktoren oder Spallationsquellen statt, wodurch der Neutronenfluss oft geringer ist als der von Röntgenquellen; dafür liefern Neutronen jedoch einzigartige Kontraste. Große Proben, längere Messzeiten und spezialisierte Einrichtungen sind typisch. Wichtige Techniken sind die Einzelkristall-Diffraction, Pulver-Rietveld-Verfeinerung, Neutronenreflektometrie für Dünnschichten und Small-Angle-Neutron-Scattering für Mikrostrukturen.

Zur Verbesserung des Signals werden Proben häufig deuteriert, um die Streuung durch Wasserstoff zu reduzieren. Die Datenanalyse erfolgt unter Einsatz von Rietveld- oder Fourier-Verfahren, einschließlich der Berücksichtigung magnetischer Beiträge.