| Magnetismus |
Die magnetischen Eigenschaften eines Materials hängen von der Ausrichtung der magnetischen Momente der einzelnen Moleküle ab. Jedes Elementarteilchen besitzt ein gewisses magnetisches Moment, den sogenannten Spin.
Ferromagnetismus liegt vor, wenn
sich die magnetischen Momente aufgrund von gegenseitiger Wechselwirkung parallel ausrichten. Unter
normalen Bedingungen liegen z.B. in einem Stück Eisen Bezirke parallel
ausgerichteter Moleküle vor, wobei diese sogenannten Weiss-Bezirke völlig unterschiedliche Orientierungen aufweisen können.
Setzt man ein solches Material einem Magnetfeld aus, so ordnen sich die Weiss-Bezirke parallel an, und das Material wird
damit zum Magneten. Der Magnetismus des Materials ist stabil und verschwindet nicht, wenn das äußere Magnetfeld abgeschaltet wird.
In einem Magneten liegen alle Elementarmagnete parallel, und werden durch die Kräfte zwischen Lagen in dieser Ausrichtung gehalten. Unter gewissen Umständen können sich die Elementarmagnete auch antiparallel, also mit abwechselnden Ausrichtungen, anordnen. Dadurch wird das Material "antiferromagnetisch"; es ist nicht nur kein Magnet mehr, sondern verschluckt magnetische Felder zu einem gewissen Grad. Beide Anordnungen sind stabile Zustände. Um eine Umordnung auszulösen, bedarf es also externer Einwirkung (siehe Riesenmagnetowiderstand).
Ein Neutron wird durch ein magnetisches Feld geschickt. Dabei verändert sich sein Spin mit der Zeit auf berechenbare Weise. Die Ausrichtung des Spins, kurz bevor das Neutron auf die Probe trifft, ist bekannt, da sie von der Zeitdauer, die sich das Neutron in der Röhre befindet, abhängig ist. Bei der Kollision mit der Probe verändert das Neutron in Abhängigkeit von der magnetischen Wechselwirkung seine Geschwindigkeit. Dann tritt es in ein Feld ein, das dem ersten entgegengesetzt ist.
Ohne Kollision mit der Probe würde sich das Neutron nach dem Durchlauf in genau demselben Spinzustand befinden wie zu Beginn des Experiments. Durch den Energieverlust bei der Kollision befindet sich das Neutron aber länger im zweiten Feld. Deswegen hat das Neutron nun einen anderen Spin als vor dem Eintritt ins erste Feld. Aus dem Unterschied kann man Informationen über die magnetischen Eigenschaften der Probe erhalten..
In vielen Bereichen, ob es nun das Auto oder der PC ist, sind magnetische Materialien nicht mehr wegzudenken. Mitverantwortlich für diese Entwicklung ist auch der Einsatz von Neutronen, denn viele Informationen über Magnetismus und das Verhalten einzelner Atome in magnetisierten Materialien konnten nur über Neutronenstreuung erlangt werden.
Eisen-Aluminium-Gitter
Legierungen, wie z.B. Eisen-Aluminium-Legierungen (siehe Bild), können mit Hilfe der Neutronenstreuung untersucht werden. Diese finden vor allem in der Automobilindustrie Einsatz, da sie billig und leichter als Stahl sind. Außerdem kann das Aluminium die Widerstandsfähigkeit des Eisens gegenüber Korrosion erhöhen.
Untersuchungen dieser Legierung haben bisherige Modelle des Gitteraufbaus widerlegen können und durch neue ersetzt. Die älteren Erklärungen gingen davon aus, dass ein Eisenatom bevorzugt neben einem Aluminiumatom liegt. Unter 350°C jedoch ist fast immer der übernächste Nachbar eines Aluminiumatoms ein Eisenatom und die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Eisenatome direkt nebeneinander liegen, ist größer. Dieses Verhalten kann man sich an einem Beispiel aus dem Alltag verdeutlichen: Kinobesucher sitzen normalerweise ungeordnet in den Reihen. Nach dem ersten Modell, was widerlegt werden konnte, sitzen häufiger Paare des Typs Mann-Frau nebeneinander, während nach neuen Erkenntnissen mehr Gruppen von Männern nebeneinander sitzen müssten. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die Eisen-Aluminium-Legierung ferromagnetisch ist, was bedeutet, dass die Eisenatome, die man sich als kleine Stabmagnete vorstellen kann, sich parallel ausrichten. Dabei ist einem Eisenatom ein anderes Eisenatom deutlich sympathischer als ein Aluminiumatom.
Auch im Bereich der magnetischen Sensorik und Informationstechnik konnten mit Hilfe der Neutronenstreuung große Erfolge erzielt werden. Die Entdeckung des GMR-Effekts (Giant Magnetoresistance Effect/ Riesenmagnetowiderstandseffekt) führte zu einer großen Verbesserung der Leseköpfe in Festplatten, Disketten und Videobändern.
Bringt man zwei magnetische Materialien (in diesem Beispiel Kobalt) relativ nah aneinander, so tritt eine Wechselwirkung zwischen beiden ein, d.h. die Ausrichtung der magnetischen Elementarladungen innerhalb einer Lage können die der anderen Lage beeinflussen.
