MAXYMUS

MAgnetic X-raY Microscope with UHV Spectroscopy

MAXYMUS is a scanning transmission X-ray microscope (STXM) applying soft x-rays with tunable polarization (linear, circular) in the energy range between 150 eV and 1900 eV. MAXYMUS operates by focusing a coherent x-ray beam to nanometer-sized spots which are scanned across the sample. To probe the local x-ray absorption, light passing through the sample is measured for each point by a variety of available x-ray detectors including photomultiplier, avalanche diode or in-vacuum CCD camera. This allows to use x-ray spectroscopic techniques as contrast mechanism, making it possible to do element specific, chemically and magnetically sensitive imaging with resolutions below 20 nm.

Anwendungsbeispiele:
  • Magnetic microscopy (STXM)
  • imaging of domain walls, vortex cores and other magnetic features (XMCD)
  • domain wall movements, spinwaves or vortex core gyration (XMCD)
  • elemental distribution in heterogeneous particles of several 100nm diameter (NEXAFS)
  • imaging of deeper layers of multi-layer structures (NEXAFS)
MAXYMUS Mikroskop in UHV-Konfiguration mit Probentransferkammer

MAXYMUS Mikroskop in UHV-Konfiguration mit Probentransferkammer


Methods

XMCD, Time-resolved studies, NEXAFS, EXAFS, XRF, X-ray Microscopy, Photoelectron EM, XPS

Beamline data
Energy range 150 - 1900 eV
Energy resolution > 10 000
Flux 150 eV - 1000 eV: ~ 1E13 Ph/sec/100mA
Polarisation Horizontal, Vertical, Circular positive, Circular negative
Focus size (hor. x vert.)
  • at exit slit: ~ H 45 µm x V 15µm
  • at zoneplate: ~ H 2 mm x V 1mm
Phone 14762
Weitere Details UE46_MAXYMUS
Station data
Temperature range
  • Typically room temperature
  • 80K to RT using cryostat sample holder
Pressure Range
  • < 10-8 mBar in UHV mode
  • mB Helium if cooling is required
Detector
  • Photomultiplier E <600 eV
  • Avalanche Photodiode (APD) for fast (<2ns) single photon detection and high count rates (> 108 photons/s)
  • Sample Current (TEY) for non-transparent samples
  • Fast in Vacuum X-Ray CCD upcomming
Manipulators Interferometer stabilized high fidelity piezo scanning stage
Sample holder compatibility
  • Standard ALS/PSI Style STXM Sampleholders
  • Custom HF Sample PCBs for >18 GHz Bandwidth
Remote Access
zeitliche Auflösung
  • Multi Bunch: 35 psec
  • Low Alpha: 10 psec
Probenhandhabung
  • UHV sample preparation chamber (sample magazine, Ar-sputtergun, ebeam baking, airfree transfer)
MAXYMUS Innenleben durch offene Deckelluke

MAXYMUS Innenleben durch offene Deckelluke


(MAgnetic X-raY Microscope with UHV Spectroscopy) ist ein Rasteröntgenmikroskop (STXM), das als stationäres Experiment am Undulator-Strahlrohr UE46-PGM2 aufgebaut it. MAXYMUS wurde in Kooperation von BESSY II und der Max Planck Gesellschaft  im Jahr 2009 aufgebaut unter der Leitung von Prof. Dr. Gisela Schütz, Leiterin der Abteilung "Moderne Magnetische Systeme" und  Direktorin am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart.

Das Prinzip von MAXYMUS ist, einen Strahl kohärenter Röntgenstrahlen auf einen Durchmesser von Nanometergröße zu bündeln und eine Probe mit diesen Stahlfleck abzutasten. Die Röntgenabsorption in der Probe wird mit einer Reihe von Röntgendetektoren (Photovervielfacher, Lawinendioden, Vakuum- CCD Kamers) gemessen, die für jeden beleuchteten Punkt messen, wieviel Licht die Probe durchdringt..

Damit wird es möglich, Röntgenspektroskopische Methoden zu benutzen um elementspezifische und chemisch oder magnetisch empfindliche Mikroskopie mit Auflösungen von unter 20 nm durchzuführen.

MAXYMUS ist seit seinen Übergang in den Nutzerbetrieb im Jahr 2011 kontinuierlich Weiterentwickelt worden und ist offen für Strahlzeitanträge externer Nutzer.

Das MAXYMUS Mikroskop ermöglicht es Nutzern, XMCD und NEXAFS als Kontrastmechanismen zur Bildgebung und zur Spektroskopie auf der Nanometerskala im Weichen Röntgenbereich (200- 1900 eV) zu benutzen. Zu untersuchende Proben sind bevorzugt transparent für weiche Röntgenstrahlen (mit Dicken von 10nm  zu 1 um), es können jedoch auch Bulk Proben mittels Probenstrommessung untersucht werden.


Neben konventioneller Mikroskopie gibt es die Möglichkeit Spektroskopie auf Punkte, Linien oder Bilderserien anzuwenden. Letztere geben die Möglichkeit, Absorptionsspektren aus beliebigen Regionen nachträglich zu extrahieren. Insbesondere für magnetische Messungen kann die Probe auch zur Strahlrichtung rotiert werden, was Abbildung des Magnetismus in der Ebene der Probe mittels XMCD ermöglicht.


Das Mikroskop ist außerdem mit einem vollständigen Aufbau für zeitaufgelöste Messungen via Pump-and-Probe ausgestattet. Dies ermöglicht es insbesondere magnetische Phänomene im Bereich der Nano bis Picosekunden zu untersuchen. Hierbei werden die Röntgenphotonen mittels eines Lawinendiode individuell erkannt und zeitlich sortiert. Die Anregung von Proben kann mit Frequenzen von 250 kHz bis über 30 GHz erfolgen. Ausgefeilte Synchronisation mit dem Speicherring gibt Nutzern volle Kontrolle über die Wiederholraten und Zeitauflösungen. Eine Kombination von Zeitauflösungen von <100ps (<20ps in low-alpha Modus) und <20nm Ortsauflösung sind in realen Nutzerexperimenten möglich.


Für niedrige Photonenenergien ermögliche ein hocheffizienter Detektor auf Basis von Photovervielfacherröhren Messungen bis zur Schwefel K-Kante. Zusammen mit dem hohen Fluss des Strahlrohrs ermöglicht dies schnelle Messungen selbst in single-bunch Modus von BESSY.