3D-Bilder von Magnetfeldern aus dem Innern von Werkstoffen

Neutronen-Tomografie für genauere Analyse von magnetischen Materialien

Innere Magnetfelder
Innere Magnetfelder

Berlin - Kernspin- und Röntgenaufnahmen liefern detailgenaue Bilder aus dem Inneren von Körpern. Auch Materialforscher wollen gerne die Eigenschaften neuer Werkstoffe auch unter der Oberfläche genauer bestimmen können. Für die Abbildung von inneren Magnetfeldern entwickelten nun Berliner Physiker ein neues Tomografie-Verfahren. Wie sie in der Fachzeitschrift "Nature Physics" berichten, gelang ihnen mit Neutronen erstmals die Aufnahme von dreidimensionalen Bildern der Magnetfeldlinien.

Bei Röntgenuntersuchungen durchdringen Röntgenstrahlen das Körpergewebe und werden dabei entsprechend des inneren Aufbaus gestreut und absorbiert. "So ähnlich ist es mit unserer magnetischen Probe, die die Spinrotation der Neutronen ändert", sagt Nikolay Kardjilov vom Hahn-Meitner-Institut. Zusammen mit seinen Kollegen von der Technischen Fachhochschule Berlin nutzt seine Tomographie-Methode polarisierte Neutronen. Diese neutralen Teilchen können ein massives Material durchdringen. Dabei wird die Spinrotation der Neutronen durch das vorherrschende Magnetfeld in der Probe verändert. Hinter der Probe lässt ein Analysator nur Neutronen mit einem bestimmten Spin passieren. "Dadurch wird der Kontrast erzeugt", so Kardjilov. Diese Teilchen werden mit einem ortsauflösenden Detektor nachgewiesen und liefern ein zweidimensionales Abbild der magnetischen Feldlinien. Wird die Probe während der Messung gedreht, kommen weitere Bildebenen dazu und es entsteht das dreidimensionale Abbild des Magnetfelds.

Diese neu entwickelte Neutronentomographie ist eine elegante Methode zur Magnetfeldmessung in einem Festkörper. Zusätzlich zur etablierten Röntgen- und Neutronenstreuung könnte sie sich zu einem Standardverfahren zur 3D-Analyse magnetischer Werkstoffe entwickeln. Der "Neutronenblick" auf Magnetfeldlinien wird laut Aussage der Forscher zu einem besseren Verständnis von Hochtemperatursupraleitern führen.