VEKMAG-Messplatz an BESSY II
Schematische Darstellung der VEKMAG-Messstation: Der Vektormagnet befindet sich in der Vakuumkammer (grau), die in einem sechsbeinigen Gerüst aufgehängt ist. Unterhalb des Magneten liegt die Detektorkammer (grün), im Bildvordergrund ist die Depositionskammer (dunkelgrau) zu sehen. Die Strahlqualität wird durch eine Diagnose-Einheit (goldfarbig) kontinuierlich kontrolliert.
© Dr. Tino Noll
Gemeinsam mit dem HZB haben Teams von der Universität Regensburg, der Freien Universität Berlin sowie der Ruhr-Universität Bochum bei BESSY II einen einzigartigen, neuen Messplatz aufgebaut: ein Vektormagnet aus drei senkrechten Helmholtz-Spulen ermöglicht es, lokal an der Probenposition beliebig orientierte Magnetfelder einzustellen. 2015 sollen erste Messungen an magnetischen Materialien, Spinsystemen und nanostrukturierten Proben durchgeführt werden.
„Seit fast sechs Jahren treiben wir dieses Projekt gemeinsam voran“, berichtet HZB-Physiker Dr. Florin Radu. Er koordiniert das Projekt mit den drei Universitäten. An der Freien Universität Berlin wurde die Wachstumskammer für die Proben entworfen. Die Ruhr-Universität Bochum baute die Detektorkammern, und die Universität Regensburg hat das Konzept für die synchrotronstrahlungsbasierte ferromagnetische Resonanz entwickelt.
Schnelle Einstellung der Polarisation
Radu und sein Team sorgten indessen für optimale Experimentierbedingungen an der Beamline: „Wir brauchen einen extrem stabilen Strahl, möchten aber auch sehr rasch die Polarisation des Lichts ändern können“, erklärt er. „Daher haben wir eine Hexapod-Vakuumkammer mit sechs beweglichen Beinen entwickelt, die einen Spiegel trägt. Durch leichte Positionsänderungen der Beine verändern wir die Orientierung des Spiegels und damit die Polarisation des Strahls, und zwar binnen Sekunden, also rund hundertmal schneller als bisher.“ Die Tests zeigen, dass diese Anordnung das Verhältnis von Signal zu Rauschen um das zehnfache verbessert.
Temperaturbereich 1,6 K - 500 K
Der neue Experimentierplatz ermöglicht vielfältige Untersuchungen, insbesondere im weichen Röntgenbereich und bei Temperaturen von 500 Kelvin bis hinab zu 1,6 Kelvin. Dabei dringen die Röntgenstrahlen in die einzelnen Atome ein und regen ihre Außenelektronen an, so dass man magnetische Eigenschaften der einzelnen Elemente unterscheiden kann.
Der neue Messplatz wird auch im internationalen Vergleich einzigartige Messbedingungen für elementspezifische und zeitaufgelöste Messungen der ferromagnetischen und paramagnetischen Resonanz sowie für Spektroskopie- und Streuexperimente bieten. „Sein volles Potenzial wird der VEKMAG aber erst dann entfalten, wenn wir an BESSY II ein neues und innovatives Strahlkonzept mit variabler Pulslänge bei voller Photonenintensität realisiert haben“, so Radu, denn: „Damit können wir dann schnelle Umschaltprozesse von Spins mit besonders hoher Zeitauflösung untersuchen.“
Das Projekt VEKMAG wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt rund vier Mio. Euro finanziert.
- Langzeit-Stabilität von Perowskit-Solarzellen deutlich gesteigertPerowskit-Solarzellen sind kostengünstig in der Herstellung und liefern viel Leistung pro Fläche. Allerdings sind sie bisher noch nicht stabil genug für den Langzeit-Einsatz. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Prof. Dr. Antonio Abate durch eine neuartige Beschichtung der Grenzfläche zwischen Perowskitschicht und dem Top-Kontakt die Stabilität drastisch erhöht. Dabei stieg der Wirkungsgrad auf knapp 27 Prozent, was dem aktuellen state-of-the-art entspricht. Dieser hohe Wirkungsgrad nahm auch nach 1.200 Stunden im Dauerbetrieb nicht ab. An der Studie waren Forschungsteams aus China, Italien, der Schweiz und Deutschland beteiligt. Sie wurde in Nature Photonics veröffentlicht.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.
- Elektrokatalyse mit doppeltem Nutzen – ein ÜberblickHybride Elektrokatalysatoren können beispielsweise gleichzeitig grünen Wasserstoff und wertvolle organische Verbindungen produzieren. Dies verspricht wirtschaftlich rentable Anwendungen. Die komplexen katalytischen Reaktionen, die bei der Herstellung organischer Verbindungen ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Moderne Röntgenmethoden an Synchrotronquellen wie BESSY II ermöglichen es, Katalysatormaterialien und die an ihren Oberflächen ablaufenden Reaktionen in Echtzeit, in situ und unter realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Dies liefert Erkenntnisse, die für eine gezielte Optimierung genutzt werden können. Ein Team hat nun in Nature Reviews Chemistry einen Überblick über den aktuellen Wissensstand veröffentlicht.