Forschungsschwerpunkte der Positronengruppe am LRT2

Die Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS) ist eine zerstörungsfreie Methode für Untersuchungen im Bereich der Materialphysik und Grundlagenforschung. Sie erlaubt es atomare Defekte in Kristallgittern zu charakterisieren oder Porengrößen in Polymeren oder porösen Materialien zu vermessen. Dabei werden Positronen, also die Antiteilchen der Elektronen, in Festkörper implantiert und gemessen, wie lange die Teilchen benötigen, um zu annihilieren.

 

In Kristallgittern von Metallen, Legierungen und Halbleitern ist diese Zeit bestimmt durch die lokale Elektronendichte und daher charakteristisch für unterschiedliche Materialien. Störungen im Gitter (Defekte) wie etwa Fehlstellen, Versetzungen, Korngrenzen, etc. verändern die Positronenlebensdauer, was zur Charakterisierung und Quantifizierung verschiedener Defekttypen genutzt werden kann.

In nichtleitenden Materialien mit intrinsischen Poren, wie etwa Polymeren, kann sich bei der Implantation von Positronen zusammen mit Elektronen ein wasserstoffähnlicher Zustand bilden – Positronium. Aufgrund der Spin-Ausrichtung beider Bindungspartner tritt Positronium in zwei verschiedenen Zuständen auf: para-Positronium (p-Ps) und ortho-Positronium (o-Ps). Im Vakuum besitzen beide Zustände stark unterschiedliche Lebensdauern (p-Ps: 125 ps / o-Ps: 142 ns). Zeitmessungen erlauben es daher, beide Typen voneinander zu unterscheiden. In Materie ist die Lebensdauer von o-Ps, aufgrund einer großen Anzahl an möglichen Annihilationspartnern, stark beschränkt. Innerhalb von nanoskopischen Poren sinkt die Lebensdauer auf wenige Nanosekunden. Da die Lebensdauer von o-Ps in Materie durch das intrinsische freie Volumen bestimmt wird, lassen sich mittels PALS Porengrößen und -verteilungen genauestens bestimmen.