1 / 45

µSR - Myonenspinrotation

µSR - Myonenspinrotation. am 18.01.2005 von Julia Repper. Übersicht. Wozu µSR? Was sind Myonen? Eigenschaften Entstehung Wie funktioniert µSR? verschiedene Experimentierkonfigurationen Vergleich mit anderen Methoden. Wozu µSR?. µSR = Myonen- Spin- Rotation/ Relaxation/ Resonanz

thai
Download Presentation

µSR - Myonenspinrotation

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. µSR - Myonenspinrotation am 18.01.2005 von Julia Repper

  2. Übersicht • Wozu µSR? • Was sind Myonen? • Eigenschaften • Entstehung • Wie funktioniert µSR? • verschiedene Experimentierkonfigurationen • Vergleich mit anderen Methoden µSR, Julia Repper

  3. Wozu µSR? • µSR = Myonen- Spin- Rotation/ Relaxation/ Resonanz • sensible Methode um in kondensierter Materie • Interne Magnetfelder und • Elektronen - Konfigurationen zu messen • Messung auf atomarer Ebene µSR, Julia Repper

  4. µSR, Julia Repper

  5. Was sind Myonen?Myoneneigenschaften I • Myonen sind wie Elektronen Leptonen • µ+ und µ- • µ+ verhält sich wie ein Proton in Materie (Abstoßung durch Gitteratome) • interstitielle Gitterplätze • µ- verhält sich wie ein Elektron in Materie • wird von Atom auf Bohrschen Bahnen eingefangen µSR, Julia Repper

  6. Myoneneigenschaften II Spin 1/2 Masse 105,659 Mev/c² (206,769 me) gyromagnetisches Verhältnis 8,5161 • 108 rad/sT Zerfall Mittlere Lebensdauer 2,197 µs Polarisation im Ruhesystem 100% Charakter leichtes Proton µSR, Julia Repper

  7. Myonen und ihre Entstehung • Entstehungsreaktion: => Pionen notwendig • Pionen aus hochenergetischen Proton-Proton-Stößen (z. B. beschleunigtes Proton auf Beryllium-Target) µSR, Julia Repper

  8. Bild µSR, Julia Repper

  9. bei bzw. • Schöner Nebeneffekt, sehr von Vorteil: µ ist zu 100% polarisiert (vorrausgesetzt π ist in Ruhe) • Pionenspin = 0 (Meson) • wegen maximaler Paritätsverletzung der schwachen WW: • Neutrinos haben immer negative, Antineutrions immer positive Helizität • (Anti)-Neutrinospin = (+)- ½ • Myonenspin = (+)- ½ µSR, Julia Repper

  10. Schema Pionenzerfall µ+ υµ π+ S= -1/2 S= -1/2 S=0 µSR, Julia Repper

  11. Paritätsverletzung Bild µSR, Julia Repper

  12. Myonen und ihre Erzeugung I • Oberflächen-Myonen π müssen in Target zur Ruhe kommen • Zerfall π in µ in Target • Damit µ weiter verwendet werden können müssen sie aus Target raus kommen können • Funktioniert nur an Oberfläche µSR, Julia Repper

  13. isotroper Pionenzerfall • nur bei µ+ einsetzbar, µ- werden sofort durch Atome weggefangen und kommen nicht mehr aus Target raus µSR, Julia Repper

  14. Myonen und ihre Erzeugung II • Schnelle Myonen Pionenzerfall auch im Flug möglich • Keine 100% Polarisation mehr (da µ- Spinrichtung mit µ- Emissionsrichtung zusammenhängt und hier gemittelt werden muss) ○ ○ bei µ+ und µ- einsetzbar µSR, Julia Repper

  15. Bei beiden Methoden: Myonen über geeignetes Strahlleitersystem zur Probe führen (Magneten etc.) • 2 Strahltypen • Kontinuierlicher Myonenstrahl • Gepulster Myonenstrahl µSR, Julia Repper

  16. µSR- Forschungseinrichtungen weltweit µSR, Julia Repper

  17. Wie funktioniert µSR? • µ zerfällt nach 2,2 µs • Zerfall ist anisotrop • Positronenemission bevorzugt in Spinrichtung des µ µSR, Julia Repper

  18. Messung der Positronenverteilung Relativ hohe Energien • leicht nachweisbar • Messung der bevorzugten Emissionsrichtung • Aufschluss über Spineinstellung µ µSR, Julia Repper

  19. Anisotropie e+ µSR, Julia Repper

  20. Magnetfelduntersuchungen • lokales Magnetfeld Bµ am Myonenort • der Myonenspin präzediert • auch die Emissionswahrscheinlichkeit präzediert µSR, Julia Repper

  21. µSR, Julia Repper

  22. µSR, Julia Repper

  23. = Larmorfrequenz = Winkel zw. Anfangspolarisation und Teleskoprichtung = Lebensdauer Myon = 2,2µs = zeitunabhängiger Untergrund = Polarisation Es sind auch mehrere sich überlagernde Signale möglich, da verschiedene Myonen verschiedene lokale Magnetfelder spüren können. µSR, Julia Repper

  24. Messauswertung • direkt das lokale Magnetfeld Bµ am Myonenort µSR, Julia Repper

  25. µSR, Julia Repper

  26. Lokales Bµ amMyonenort • In ferromagnetischen Metallen: • Bfermi = Fermi-Kontaktfeld: durch WW zw. s-Elektronen und magnetischem Kernmoment µSR, Julia Repper

  27. bei µSR oft: Bext=Bdem=0 • BL und Bdip können berechnet werden (z. B. hypothetische Hohlkugel, ungestörter Kristall: ) • Aus Messung Bµ folgt direkt physikalisch interessantes BFermi µSR, Julia Repper

  28. Schwierigkeiten beim Auswerten • µ beeinflusst seine (magnetische) Umgebung • genauer Aufenthaltsort µ im Gitter nicht bekannt • Gitterführungsexperimente nötig µSR, Julia Repper

  29. Experimentelle Konfigurationen von µSR • Myonen Spin Resonanz (µSR) • Null-Feld-Myonen-Spin-Relaxation (ZF- µSR) • Transversal-Feld-Myonen-Spin-Rotation (TF- µSR) µSR, Julia Repper

  30. Myonen Spin Resonanz (µSR) • Mischung aus NMR und ESR • Statisches Bext parallel zur Myonenspinpolarisation wird an Probe angelegt • Kernspinaufspaltung mit boltzmannverteilten Besetzungen µSR, Julia Repper

  31. Resonanzfrequenz-Magnetfeld HF anlegen • Wenn Resonanzfeld Präzessionsfreqeunz erreicht hat • Resonanzabsorption • HF-Feld wird geschwächt • Peak erkennbar µSR, Julia Repper

  32. µSR, Julia Repper

  33. Null-Feld-Myonen-Spin-Relaxation (ZF- µSR) • Es wird kein externes Feld an die Probe angelegt • sehr sensible Methode in Bezug auf • Schwache interne magnetische Effekte hervorgerufen durch gerichtete magnetische Momente • Unvorhergesehene statische oder zeitabhängige Magnetfelder µSR, Julia Repper

  34. Bild ZF-µSR µSR, Julia Repper

  35. µSR, Julia Repper

  36. Transversal-Feld-Myonen-Spin-Rotation (TF- µSR) I • Probe wird in ein zum einfallenden Myonenstrahl transversales externes Magnetfeld gebracht • µ präzediert um Bext mit einer Frequenz die von der Stärke des Magnetfeldes am Myonenort abhängig ist µSR, Julia Repper

  37. Transversal-Feld-Myonen-Spin-Rotation (TF- µSR) II • Besonders geeignet zur Messung von • Magnetfeldverteilungen in Supraleitern 2. Art • Knight- Shifts (Resonanzfrequenzverschiebung) v.a. zum Studium der Leitungselektronen µSR, Julia Repper

  38. Bild TF-µSR µSR, Julia Repper

  39. µSR, Julia Repper

  40. Anwendungsbeispiel TF-µSR • Ultra-niedrig-energetische Myonen können dazu benutzt werden die absolute Eindringtiefe λ eines Magnetfeldes in einen Supraleiter zu bestimmen • Hier YBa2Cu3O6,95: • Sprungtemperatur: ~90K µSR, Julia Repper

  41. µSR, Julia Repper

  42. Vorteile µSR gegenüber anderen FK-Untersuchungmethoden • µSR kann auch sehr kleine interne magnetische Felder (~0,1G) auflösen • Mit µSR kann bei Frequenzen von 104 – 1012 Hz messen • Großes Zeitfenster, überbrückt Lücke zwischen NMR und Neutronenbeugung µSR, Julia Repper

  43. Bild time-window µSR, Julia Repper

  44. µSR ist unabhängig vom zu untersuchenden Material • µSR kann unter nahezu allen Umständen angewandt werden z. B. • beliebige Temperatur • hohe Drücke • hohe externe Magnetfelder (bis 8T) • µSR kann auch bei sehr kleinen Proben (~10-1 cm²) angewendet werden (Ultra-niedrig-Energie-µ) µSR, Julia Repper

  45. Literaturverzeichnis • G. Schatz/A. Weidinger: Nukleare Festkörperphysik, Teubner Verlag Stuttgart • Ch. Kittel: Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg • Povh: Teilchen und Kerne, Springer • http://cmms.triumf.ca • http://www.psi.ch µSR, Julia Repper

More Related