Lichtinduzierte Strukturen für (ultra)kalte Neutronenoptiken

Das Forschungsprojekt hat die Suche und Entwicklung photo-neutronenrefraktiver Materialien zur Herstellung neutronenoptischer Komponenten sowie deren Verwendung als Spiegel und Strahlteiler für ein Interferometer zur Untersuchung des Phasenproblems` in der Neutronenstreuung zum Ziel. Als photo-neutronenrefraktiv werden Substanzen bezeichnet, welche bei Beleuchtung mit Licht ihr neutronenoptisches Potential ändern. Diese Eigenschaft eröffnet die Möglichkeit, den Neutronenbrechungsindex durch Belichtung mit einem Lichtmuster im sub-mikrometer Bereich räumlich zu strukturieren und macht derartige Materialien insbesondere für Anwendungen in der kalten und ultrakalten Neutronenoptik interessant. Im Rahmen des Projektes werden die für Anwendungen relevanten Parameter der wenigen bekannten photo- neutronrefraktiven Materialien optimiert, neuartige Materialien hinsichtlich ihrer Eignung für Anwendungen in der Neutronenoptik untersucht und potentiell vielversprechende Substanzen zur Herstellung neutronenoptischer Komponenten eingesetzt. Auf der Basis lichtinduzierter Gitter in Polymethylmethacrylat wird ein Interferometer aufgebaut, welches detaillierte Untersuchungen der Phase und Kohärenzeigenschaften der an einer Probe gestreuten Neutronen ermöglicht. Diese interferometrischen Experimente werden zunächst an Modellsystemen durchgeführt und dann auf wissenschaftlich relevante Strukturen ausgeweitet.

Optische Elemente wie Spiegel, Linsen oder Strahlteiler mit welchen man Licht und insbesondere dessen Ausbreitungsrichtung manipulieren kann, sind allgegenwärtig und ihre Verwendung ist natürlich auch in der Physik selbstverständlich. Es stellt jedoch eine große Herausforderung dar, solche Bauteile für (sehr) kalte Neutronen (Materiewellen) herzustellen. Im Rahmen dieses Projekts ist es erstmals mithilfe eines holographischen Verfahrens unter Anwendung theoretisch gewonnener Erkenntnisse gelungen, in Nanopartikel/Polymer-Verbundwerkstoffen Strukturen zu erzeugen, die als Spiegel bzw. Strahlteiler für Neutronen im Wellenlängenbereich 1-4 Nanometer wirken. Kalte Neutronen haben ihre besondere Bedeutung in der zerstörungsfreien Untersuchung von biologischen Substanzen (wie z.B. DNA). Weiters konnten auf Basis jener Strukturen (Gitter) auch die Grundlagen für den Aufbau von verbesserten Interferometern für (sehr) kalte Neutronen gelegt werden. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen, deren Nanopartikel (superpara)magnetische Eigenschaften haben, weist den Weg zu einem polarisierenden Strahlteiler für Neutronen in handlicher Größe und zu moderaten Kosten, der die sehr teuren und sperrigen Spin- polarisierten He-3 Analysatoren an polarisierten Neutronenkleinwinkelstreuanlagen ersetzen könnte.