Forschung

Die Kompetenzgruppe "Spektroskopie mit Neutronen" befasst sich mit der Untersuchung der strukturellen und dynamischen Eigenschaften von Festkörpern auf mikroskopischer Ebene mittels elastischer und inelastischer Neutronenstreuung. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf der Erforschung der magnetischen Eigenschaften zumeist intermetallischer Verbindungen, d.h. der magnetischen Ordnungsphänomene bzw. magnetischer Anregungen und Fluktuationen, die in Abhängigkeit von Temperatur, äußerem Magnetfeld, chemischer Zusammensetzung oder hydrostatischem Druck untersucht werden.

Unsere Forschung beschäftigt sich mit der magnetischen Ordnung und dem magnetischen Anregungsspektrum stark korrelierter Elektronensysteme (Schwer-Fermion-Systeme) in der Nähe von magnetischen Quantenphasenübergängen. Wegen der Quantenfluktuationen zeigen die kritischen Spinanregungen häufig ein ungewöhnliches Tieftemperaturverhalten. Ihre Dimensionalität wirkt sich direkt auf die thermodynamischen Eigenschaften aus. Obwohl Messungen makroskopischer Eigenschaften wie z.B. Wärmekapazität oder Magnetisierung sehr wichtig für das Studium von Quantenphasenübergängen sind, können nur mikroskopische Sonden Einblicke in die relevanten Wechselwirkungen auf atomarer Ebene liefern. Magnetische Neutronenstreuung im speziellen ist eine ideale Sonde, um die Spindynamik und die magnetische Ordnung in der Nähe von magnetischen Quantenphasenübergängen zu untersuchen. Mittels Neutronenstreuung kann auch direkt die Dimensionalität der kritischen Spinfluktuationen an Quantenphasenübergängen erforscht werden. In letzter Zeit trat das Wechselspiel von Supraleitung und Magnetismus verstärkt in den Mittelpunkt unserer Studien, da einige Verbindungen in der Nähe des Quantenphasenüberganges unkonventionelle Supraleitung aufweisen, mit einem komplexen Wechselspiel zwischen Supraleitung und magnetischer Ordnung. Sowohl Koexistenz als auch Konkurrenz beider Phänomene wird beobachtet. Vor kurzem konnten wir Änderungen im magnetischen Anregungsspektrum eines Cer-basierten Schwer-Fermion-Supraleiters feststellen, wenn dieser supraleitend wird. Das Auftreten einer Spin-Anregungslücke im supraleitenden Zustand deutet darauf hin, daß magnetische Fluktuationen am Paarbildungsprozeß der supraleitenden Cooper-Paare beteiligt sind.

Ein vielseitig einsetzbares und von uns deshalb häufig genutztes Instrument für elastische und inelastische Neutronenstreuung an einkristallinen Proben ist das Drei-Achsen-Spektrometer, das es erlaubt, bestimmte Impuls- und Energieüberträge auf die Probe zu selektieren und gezielt magnetische Ordnung und Spinfluktuationen energie- und impulsabhängig zu vermessen. Für Untersuchungen in der Nähe von Quantenphasenübergängen sind tiefe Temperaturen unabdingbar. Deshalb benutzen wir für unsere Experimente meist Mischungskryostaten zusammen mit supraleitenden Magneten. Auf diese Weise können wir Messungen bis hinab zu T = 30 mK und in Magnetfeldern bis B = 15 T durchführen. Wir führen unsere Experimente an verschiedenen Reaktor- und Spallations-Neutronenquellen in Europa durch, z.B. am  Hochflussreaktor des Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich, dem  Reaktor BER-II des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie in Berlin, der neuen  Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz, FRM-II, in Garching oder der  Spallationsquelle ISIS des Rutherford Appleton Laboratory in Didcot, Großbritannien.