Mößbauer-Spektroskopie in der Cryostation C2 von Montana Instruments

Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Angela Möller an der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz hat Anfang dieses Jahres ihr Mößbauer-Setup für Messungen bei tiefen Temperaturen bis zu 3,3 K fertiggestellt. Mit dem Hauptverantworlichen, Herrn Dr. Vadim Ksenofontov, haben wir die Kopplung von optischen Kryostaten mit Mößbauer-Aufbauten diskutiert.

Bislang haben unerwünschte Vibra­tio­nen zu einer starken Linien­verbrei­terung geführt, so dass State-of-the-Art-Messungen nicht möglich waren. Jetzt hat die hervorragende Vibra­tionsisolierung der Cryostation C2 Möß­bauer-Experimente in Mainz ermöglicht. 

Die Temperatursteuerung in der Cryo­station C2 ist sehr bequem zu bedienen und für ausgewählte Möß­bauer-Experimente mit LabVIEW (Na­tio­nal Instruments) in die eigenen Mess­prozeduren zu integrieren. Die zuverlässige Temperatursteuerung ermöglicht zudem ein präzises Anfahren der Phasenübergangstemperaturen, ohne den Sollwert zu über- bzw. unter­schreiten.

Die Fenster haben Durchmesser von ca. 10 mm (Eingang) bzw. 20 mm (Ausgang) und bestehen aus einer für Gammastrahlung durchlässige Kaptonfolie. Die Cryostation arbeitet unter Vakuum ohne Austauschgas zur homogenen Thermalisierung. Dies stellt eine generelle Heraus­forderung an die Konzeption der Pro­­benh­alterung. Der an der Uni Mainz entwickelte Probenhalter ist selbst gebaut und beinhaltet einen effizienten Wärmeübertrag auf die Probe, so dass im gesamten Tem­pe­ra­turintervall eine ausgezeich­nete Temperaturhomogenität der Probe gewährleistet ist. 

Abb. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau. Alle wesentlichen Mößbauer-Kom­po­nenten inklusive der Cryostation-Pro­benkammer sind während der Mes­­sung mit Bleibauklötzen ummauert.  

Abb. 2 zeigt die geöffnete Proben­kam­mer.

Typische Kryostate für Mößbauer-Spektroskopie sind für Transmissions­experimente ausgelegt und besitzen nur zwei optische Fenster. Es gibt jedoch, wie bei der optischen Spek­troskopie auch, noch andere Ver­suchs­aufbauten, die zum Beispiel in Re­fle­xionsgeometrie arbeiten. Bei der sogenannten Conversion Electron Mößbauer Spectroscopy (CEMS) wird die Probe entweder mit einem Laser kontinuierlich angeregt oder die durch Gammastrahlung entstandenen Oberflächenelektronen mittels eines Channeltrons detektiert. All diese Versuchsaufbauten sind wegen des guten optischen Zugangs und der Größe der Probenkammer der Cryostation C2 ebenfalls möglich.

Dr. Ksenofontov erklärte sich sehr zufrieden mit der System-Performance und der vereinfachten Handhabung. Die Anschaffung habe sich in jedem Fall gelohnt, da die Cryostation C2, über die Einsparung an flüssigem Helium hinaus, deutliche Vorteile gegenüber anderen Lösungen habe. In seinen Augen ist die Cryostation C2 ein hochpräzises und flexibles (erweiterbares) Forschungsgerät.

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