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Materialforschung: Magnetfelder in 3-D

Die Wissenschaft kann vieles sichtbar machen, was dem menschlichen Auge verborgen ist: infrarotes Licht, winzige Bakterien oder Hirnströme zum Beispiel. Auch Magnetfelder sind für gewöhnlich unsichtbar. Zu ihrer Visualisierung dienen im Schulunterricht üblicherweise Eisenfeilspäne. Erstmals gelang es jetzt, solche Felder auch im Inneren von massiven, nicht transparenten Materialien dreidimensional darzustellen.

Forscher um Nikolay Kardjilov vom Berliner Hahn-Meitner-Institut benutzten dazu die so genannte Neutronentomographie. Dabei bestrahlten sie magnetische Proben mit Neutronen, die Festkörper ungehindert durchdringen können. Diese Teilchen haben zugleich ein magnetisches Moment, Spin genannt, das sich in einem Magnetfeld ausrichten lässt, sodass es bei allen Neutronen die gleiche Orientierung aufweist. Man spricht dann von spinpolarisierten Teilchen. Bewegen diese sich durch eine Probe, wird ihr Spin je nach Richtung und Intensität des dortigen Magnetfelds gedreht. Hinter der Probe platzierten die Berliner Forscher einen Analysator, der nur Neutronen mit einer bestimmten Spinorientierung passieren lässt. Diese hindurchgelassenen Neutronen registrierte schließlich ein Detektor, der ihre Verteilung in ein Bild umwandelte. Durch Drehen der Probe ergaben sich Aufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln, aus denen ein Computer schließlich eine dreidimensionale Ansicht des Magnetfelds errechnete.

Die Methode könnte dabei helfen, die Hochtemperatursupraleitung besser zu verstehen. Dafür ist es wichtig zu wissen, wie sich magnetische Flusslinien in dem Material verteilen und wie man sie festhalten kann. Außerdem lassen sich mit dem Verfahren magnetische Domänen in Festkörpern sichtbar machen.

Malte Jessl

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