Roadmap des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums

Die Entwicklung neuer Materialien erfordert zunehmend in-situ- und in-operando-Experimente. Das MLZ hat sich hierbei auf hochfeste und ultraleichte Werkstoffe spezialisiert. Außerdem führt die Gruppe Untersuchungen von u.a. Batterien, Brennstoffzellen, Oberflächeneigenschaften mit Positronen und archäologischen Gegenständen durch.

Forschung an weicher Materie beinhaltet immer mehr komplexe Forschungsthemen wie intelligente Systeme, die aktiv auf nicht vorhersagbare Stimuli reagieren. Das MLZ fokussiert sich jetzt stärker auf Ober- und Grenzflächeneffekte statt wie bisher auf Masseneffekte in weicher Materie.

Die Gruppe fokussiert sich auf Präzisionsversuche, die das Standardmodell in der Teilchenphysik beweisen sollen. Zum Beispiel auf der Suche nach dem Elektrischen Dipolmoment des Neutrons oder der genauesten Bestimmung des Neutronenzerfalls, um das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie im Universum zu verstehen.

In der Grundlagenforschung ist man auf der Suche nach neuartigen Quantenmaterialien. Die angewandte Forschung zielt darauf ab, die Eigenschaften nanomagnetische Systeme zu verbessern, um z.B. bessere Speichermaterialien für die Informationstechnologie zu entwickeln.

Um topologisch komplexe funktionelle Materialien zu verbessern, erfordern schnelle und multiparametrische Untersuchungen. Auch kleinste Phänomene und geringe Probeneinheiten müssen untersuchbar sein. Die Strukturforschung ist multidisziplinär, deshalb umfasst die Eigenforschung elektrochemische Energiespeicher bis hin zu katalytischen Enzymen.

Das Hauptziel bleibt, Neutronen in die Neutronenleiterhalle Ost zu führen und die sechs Instrumente, die derzeit noch im Bau sind, in Betrieb zu nehmen. Das beinhaltet die ultrakalte Neutronenquelle. Außerdem wird die zusätzliche Option an RESI, ERWIN mit Pulverproben, die hohe Nachfrage nach Strukturanalysen befriedigen. Dieses MLZ Instrumentierungsprogramm treibt die Neutronenoptik und die Detektortechnologie an die technologischen Grenzen und erfordert entsprechende Entwicklung im Hause.

Die dringendsten Anforderungen an neue Ausrüstung sind hohe magnetische Felder, höchster Druck, die Kombination aus externer Beladung und hoher Temperatur, Probenumgebung für weiche Materie und wo immer möglich in-situ und in-operando-Messungen. Während das MLZ weiterhin Ausrüstung für allgemeine Zwecke zur Verfügung stellen wird, strebt es gleichzeitig an, mit erfahrenen Messgästen zusammen zu arbeiten, um spezielle Probenumgebung anbieten zu können, das für die immer ausgefeilteren Neutronenexperimente benötigt wird. Die BMBF-Verbundforschung bietet unter verschiedenen anderen Fördermethoden eine exzellente Chance, solche Ausrüstung zu entwickeln.

Die Gruppe “Scientific Computing” konzentriert sich derzeit darauf benutzerfreundliche Datenverarbeitungs-Software zur Verfügung zu stellen. Aktuelle Beispiele sind Programme zur Verarbeitung von Streuung unter streifendem Einfall (freeware BornAgain) und die Auswertung der Daten der Flugzeitspektrometer. Mittelfristig werden auch Simulationen angeboten, die die Neutronenexperimente ergänzen. Das MLZ koordiniert die notwendige Entwicklung mangels begrenzter Ressource gemeinsam mit anderen Neutronenzentren.

Neutronenspektroskopie bietet einen direkten Zugang in absoluten Einheiten zu Selbst-, Paar- und Spin-Korrelationsfunktionen, die die fundamentalen Einheiten entwickelt von modernen at-initio-Theorien sind. Die Einfachheit von Neutronenquerschnitten und die Tatsache, dass sie in absoluten Größen gemessen werden können, erlauben einen Leistungsvergleich von ab-initio Theorien und Computermodellen, was einen großen Einfluss in vielen Wissenschaftsbereichen hat. In diesem besonderen Bereich sind die Neutronen unangefochten, weil keine anderen Methode eine mikroskopische Theorie auf derart stringente Weise überprüfen kann. Während das MLZ nicht anstrebt eine eigene Theoriegruppe zu etablieren, beabsichtigt es aber durchaus von seiner einzigartigen Lage zu profitieren und die Verbindungen zu den Theoriegruppen bei seinen Partnern an Universitäten und Helmholtzzentren zu verstärken.

Zur Zeit bietet das MLZ bereits eine Reihe von Nutzerlaboren für Biologie, Chemie, Materialwissenschaften, Probenvorbereitung und dünne Filme an. Diese Ressourcen werden siginfikant erweitert, wenn die neuen Wissenschaftsgebäude im Jahr 2019 fertiggestellt sind. Ein höchst ersehntes Deuterierungslabor zur vollständigen und teilweisen Deuterierung von biologischen Makromolekülen, vor allem Proteinen, übersteigt die derzeitigen Möglichkeiten des MLZ. Jedoch gibt es in der Region München derartige Einrichtungen mit dem relevanten Know-How, und es wird versucht, Zugang über Kooperationen zu erlangen.