Ein schneller Blick auf komplexe Ordnung
Grundlagenforschung zu magnetischen Ordnungsphänomenen in Festkörpern ist eine der Hauptforschungsrichtungen am HZB, bei denen die Kombination von Neutronen- und Röntgenstreuung eine herausragende Rolle spielt. Materialien mit komplexen magnetischen Strukturen wie z.B. antiferromagnetische Halbleiter lassen sich mit solchen Methoden untersuchen. Hier ordnen sich unterhalb einer bestimmten Temperatur die magnetischen Momente in atomaren Schichten mit alternierender Magnetisierungsrichtung an. Dies führt zu magnetischen Beugungsreflexen, die auch mit Neutronen beobachtet werden können. Röntgenstreuung als komplementäre Methode kann zusätzlich eine hohe Ortsauflösung und, in Kombination mit ultrakurzen Röntgenpulsen, eine sehr hohe Zeitauflösung erreichen. Dies ermöglicht nun die Untersuchung der bisher nicht zugänglichen magnetischen Dynamik solcher komplexer Strukturen.
Ein Team aus Wissenschaftlern des Instituts für komplexe magnetische Materialien (M-I1) und des Instituts für Methoden und Instrumente der Forschung mit Synchrotronstrahlung (G-I2) hat kürzlich erstmals die ultraschnelle Dynamik von Zerfall und Erholung von antiferromagnetischer Ordnung auf Femtosekunden(fs)-Zeitskala durch direkte Messung eines magnetischen Beugungsreflexes nach resonanter Laseranregung aufgedeckt [1].
Dazu wurde resonante magnetische Röntgenstreuung am Femtoslicing-Strahlrohr des HZB durchgeführt, wo energetisch durchstimmbare ultrakurze Röntgenpulse von nur 100 fs Dauer zur Verfügung stehen. Dieses erste Pilotexperiment mit einem magnetischen Beugungsreflex als Sonde hat den Weg zu Untersuchungen der Dynamik komplexer magnetischer Ordnungsphänomene in anderen Materialien geebnet und mehrere neue Strahlzeitanträge von externen Nutzern ausgelöst.
[1] http://apl.aip.org/resource/1/applab/v97/i6/p062502_s1
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.