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.
- Perowskit-Dreifachsolarzellen: Noch effizienter mit GO/SAM DoppelschichtPerowskit-Halbleiter wandeln Sonnenlicht effizient in elektrische Energie um, darüber hinaus sind sie günstig und superleicht. Ein Team am HZB hat eine Dreifachsolarzelle aus drei unterschiedlichen Perowskit-Halbleitern mit einer neuartigen Doppelschicht aus Graphenoxid und SAM als Lochleiter entwickelt. Sie konnten zeigen, dass diese Doppelschicht sowohl den Wirkungsgrad als auch die Langzeitstabilität deutlich steigert. Der Wirkungsgrad der neuartigen Perowskit-Dreifachsolarzelle beträgt 27,3% und fällt auch nach mehr als 770 Stunden in Betrieb kaum ab. Die Studie ist in der renommierten Fachzeitschrift Joule erschienen.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.
- CIGS-Perowskit-Tandemzelle erreicht Rekordwirkungsgrad von 25,5 %Ein Berliner Team aus Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Center for the Science of Materials Berlin (CSMB) an der Humboldt-Universität zu Berlin hat einen neuen Rekord für eine Tandemsolarzelle aufgestellt. Durch die Kombination einer CIGS-Halbleiterschicht mit Perowskit gelang es ihnen, 25,5 % des Sonnenlichts in elektrische Energie umzuwandeln. Der bisherige Rekord für diese Materialkombination und diese Zellgröße lag bei 24,6 %. Der neue Rekord wurde zertifiziert und ist in den Solar Cell Efficiency Tables (den „Green Tables“) zu finden, die als Nachschlagewerk für die weltweite Photovoltaik-Gemeinschaft gelten.