Instrument KOMPASS erblickt erste Neutronen

2018-08-31 – Nachrichten aus dem Physik-Department

Am 29. Mai 2018 um genau 15:16 Uhr ist das neue Instrument KOMPASS in Garching geboren. Zu dieser Zeit detektierte es seine ersten Neutronen, die an einer Probe gestreut wurden. Es wurde in einer Zusammenarbeit der Lehrstühle von Prof. Markus Braden an der Universität zu Köln und Prof. Peter Böni an der Technischen Universität München entwickelt und gebaut.

Dr. Dmitry Gorkov am neuen Dreiachsenspektrometer KOMPASS in der Neutronenleiterhalle West des FRM II. – Foto: W. Schürmann / TUM

Die Nachbarinstrumente J-NSE und N-REX begrüßten das Dreiachsenspektrometer freudig in der Neutronenleiterhalle West der Forschungs-Neutronenquelle FRM II. Wie es sich für ein Instrument des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums gehört, ist es noch lange nicht ausgewachsen und wird zum Beispiel noch um einen Analysator erweitert. Die beiden stolzen Väter, Dr. Dmitry Gorkov und Georg Waldherr, waren bei der Geburt anwesend und sind hoch erfreut: „Das ist ein tolles Gefühl – nach langer Vorbereitung zu sehen, dass alles richtig funktioniert“, sagt der Instrumentwissenschaftler Gorkov. Seit 2017 arbeitet er für die Universität Köln an KOMPASS. Der Techniker Waldherr hat seit 2015 für die Technische Universität München, den zweiten Partner von KOMPASS, alles vorbereitet, damit die ersten Neutronen den Detektor erreichen konnten.

Jetzt nehmen Gorkov und Waldherr das Instrument nach und nach in Betrieb. „Wir messen zunächst im einfachen Diffraktionsmodus“, erklärt Dmitry Gorkov. Neben Justierungsmessungen hat der Wissenschaftler bereits kleine Experimente an magnetischen Ordnungen der unkonventionellen Supraleiter UGe₂ und SrFe₂As₂ sowie an einem frustrierten magnetischen System, Cs₃Fe₂Br₉ durchgeführt.

Der Name KOMPASS ist eine Abkürzung für KOeln-Münchner auf PolarisationsAnalyse Spezialisiertes Spektrometer. Es wird ausschließlich von kalten polarisierten Neutronen mit Energien 2 ≤ E _i ≤ 25 meV gespeist und ist spezialisiert für die Untersuchung von komplexen magnetischen Strukturen und deren Dynamik.

Die Erwartungen an die wissenschaftlichen Leistungen von KOMPASS sind hoch. Es wird mit seiner einzigartigen sphärischen Neutronenpolarimetrie wesentlich zum Verständnis von schwachen magnetischen Ordnungen beitragen, wird komplexe magnetische Strukturen wie etwa Skyrmionen untersuchen sowie Multiferroika und magnetoelektrische Materialien, Hoch-Tc-Supraleiter und frustrierte magnetische Systeme.

Auch Besuch kündigt sich schon an. „Wir erwarten die ersten Test-Messgäste für Diffraktometrie mit polarisierten Neutronen schon im nächsten Zyklus ab September“, sagt Dmitry Gorkov. Bis dahin wird KOMPASS aber noch um einiges zulegen: Neben dem Analysatorturm erhält es sogenannte Helmholtzspulen für die longitudinale Polarisationsanalyse. Später wird es noch um einen Cryopad-Aufbau (CRYOgenic Polarization Analysis Device) erweitert, das die Probe in einer magnetfeldfreien Umgebung hält und eine Messung mit voller sphärischer Polarisationsanalyse ermöglichst. Ab Mitte 2019 wird KOMPASS dann so weit „gewachsen“ sein, dass es für den normalen Userbetrieb zur Verfügung steht und von Gastwissenschaftlern gebucht werden kann.

Der Bau von KOMPASS wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung durch das Verbundforschungsprojekt 05PK16PK1 gefördert.