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Neutronenbeugung ist eine Technik aus dem Kristallographie, ähnlich zu Röntgenbeugung, um die atomare Struktur von Festkörpern zu bestimmen. Falls auch beugend zu Wellen werden Neutronen benutzt: Neutronenstrahlung Anstatt von röntgen.

Die Hauptunterschiede zur Röntgenbeugung sind:

Fluss

Da die Neutronenmenge einer Neutronenquelle viel kleiner ist als die Fluss von a Röntgenröhre oder Synchrotron, können nur relativ große Proben mit Neutronenbeugung untersucht werden. Darüber hinaus werden häufig polychromatische Neutronen verwendet; auch um den Fluss zu erhöhen. Nach der Streuung kann man bestimmen, welche Wellenlänge ein Neutron hat, indem man bestimmt, wie lange es braucht, um den Detektor zu erreichen. Diese Arten von Messungen werden als TOF-Messungen (Time-of-Flight) bezeichnet.

Interaktion

Neutronen wechselwirken mit den Atomkernen in der Probe und nicht mit den Elektronen wie Röntgenstrahlen. Als Ergebnis wird nach der Berechnung keine Elektronendichte gefunden, sondern eine Art Kerndichte. Außerdem kann die Wechselwirkung mit den Kernen in der Probe je nach Atomtyp die beiden unterschiedlichen Vorzeichen haben, so dass zur Lösung des Phasenproblems Positivität kann nicht verwendet werden. Normalerweise wird die Röntgenstruktur verwendet, um das Phasenproblem bei der Neutronenbeugung zu lösen.

unelastische Kollisionen

Mit Wasserstoffkerne die Neutronen unterliegen manchmal unelastischen Stößen. Dies verursacht eine Streuung, die nicht den Braggs Gesetz konform und kann so die Messungen stören. Deshalb arbeiten wir oft mit deuteriert Stoffe, die diesen Effekt nicht zeigen. Andererseits kann auch der inelastische Beitrag untersucht werden (INS, FANS) und geben Auskunft über die Schwingungsformen des Gitters. Dann ist der Wasserstoffkern sehr praktisch.

siehe Wasserstoff

Bei der Röntgenbeugung sind Wasserstoffatome schwer zu beobachten, da sie nur ein einziges Elektron haben und dieses Elektron auch eine sehr große Bewegungsfreiheit hat. Das Signal ist daher sehr schwach. Bei der Neutronenbeugung ist die Wechselwirkung nicht proportional zur Ordnungszahl. Wasserstoff kann daher genauso gut gesehen werden wie jedes andere Atom, aber ein Element wie Vanadium ist praktisch unsichtbar. Eine genaue Untersuchung der Wasserstoffpositionen kann ein guter Grund sein, eine Neutronenbeugungsstudie durchzuführen.

magnetische Streuung

Auch ungepaarte Spins der Elektronenwolke können zur Streuung beitragen. Bei geordneten Spins, also bei ferro-, antiferro- oder ferrimagnetischen Materialien, führt dies zu einem zusätzlichen Beitrag zu den Bragg-Peaks, oder ist die magnetische Elementarzelle größer als die kristallographische, zu zusätzlichen Bragg-Peaks. Daraus lässt sich die magnetische Struktur bestimmen.

Als Neutronenquelle in einem Neutronenbeugungsexperiment kann ein spezieller Kernreaktor verwendet werden: at Kernspaltung viele Neutronen werden freigesetzt. Eine weitere Neutronenquelle ist ein sogenanntes Spallationsquelle: beschleunigt worden Protonen auf ein schweres Material geschossen, das viele Neutronen enthält; damit verdampfen die Neutronen sozusagen aus dem Material.