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.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.