BESSY II stellt auf Halbleiter-Hochfrequenzsender um
Der neue Halbleitersender: die Netzteilsektion befindet sich im linken Schrank (schwarz) und die drei HF-Einheiten stecken hinter den hellgrauen Schranktüren. Im rechten Rack ist die Steuerung untergebracht. © HZB
BESSY II besitzt vier Kavitäten, die mit einem elektromagnetischen Wechselfeld hoher Leistung angeregt werden, um die Energieverluste des Elektronenstrahls auszugleichen. Bislang sorgten so genannte Klystron-Röhrensender für die Anregung der Kavitäten mit möglichst sauberen 500 Megahertz. Doch inzwischen gibt es kaum noch Ersatzteile für solche Röhrensender. Ein HZB-Team hat daher den Shutdown genutzt, um zwei Klystron-Röhrensender durch moderne Halbleiter-Sender auszutauschen. Die restlichen Klystron-Röhrensender sollen bis Ende des Jahres ausgetauscht werden.
„Diese Technik ist zuerst am Synchrotron SOLEIL, Frankreich, entwickelt und eingesetzt worden. SOLEIL arbeitet jedoch mit Anregungsfrequenzen von 350 Megahertz. Wir dagegen arbeiten wie die meisten Synchrotronlichtquellen mit Frequenzen von 500 Megahertz. Dafür mussten wir das Konzept neu entwickeln. Die Entwicklung und Fertigung der Senderendstufen wurden von einer deutschen Firma (Cryoelectra) übernommen. Wir sind jetzt die erste Photonenquelle, die mit dieser Technik bei 500 Megahertz eine Anregungsleistung von 75 Kilowatt pro Sender erreicht“, erklärt Dr. Wolfgang Anders vom Institut SRF - Wissenschaft und Technologie.
Während die Klystron-Röhrensender Versorgungspannungen von 26 Kilovolt erforderten, arbeiten die Halbleitersender bei nur 50 Volt, benötigen aber höhere Stromstärken. Ein großer Vorteil ist die Energieeinsparung: Denn die Klystron-Röhrensender ziehen stets volle Leistung aus dem Netz, die Halbleiter-Sender regeln dies dagegen bedarfsgerecht und entnehmen dem Stromanschluss nur so viel Leistung wie der Elektronenstrahl abfordert, um Energieverluste auszugleichen. Außerdem haben die neuen Sender ein deutlich reduziertes Rauschen: die Kavität wird viel sauberer angeregt, was wiederum die Strahlqualität verbessert.
„Mein Team arbeitet seit drei Jahren daran, die neue Technik an BESSY II zu implementieren. Allein ein Jahr hat die umfangreiche Programmierung der Kontrollsystemanbindung und Signalverarbeitung der Solid-State Amplifier durch einen neu eingestellten Ingenieur gedauert. Nun besitzen wir eine sehr robuste Lösung, die vermutlich auch für andere Synchrotronlichtquellen interessant ist“, sagt Wolfgang Anders.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- BESSY II: Hochaufgelöste Einblicke in einzelne Biomoleküle und KatalysatorenWinzige biologische Proben und sogar einzelne Biomoleküle können nun an der BESSY-II-Infrarot-Beamline unter lebensnahen Bedingungen in höchster Auflösung untersucht werden. Die nanoskalige Infrarotspektroskopie (s-SNOM) wurde dafür verbessert und gründlich validiert. Ultradünne Membrane auf Siliziumbasis ermöglichen dabei die Untersuchung im wässrigen Medium. Ein internationales Team um den HZB-Experten Dr. Alexander Veber konnte nach einem ersten Proof-of-Concept nachweisen, dass Nano-IR-Messungen in wässriger Umgebung mit den erwarteten Fernfeld-IR-Spektren übereinstimmen. Dieser methodische Fortschritt ermöglicht nun tiefere Einblicke in Biomaterialien, aber auch die Beobachtung katalytischer Prozesse in flüssigen Umgebungen.
- Neue Methode zeigt, wie molekulare Schalter von ihren Nachbarn beeinflusst werdenForschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) können erstmals direkt erkennen, wie die Umgebung eines molekularen Schalters dessen elektronische Struktur beeinflusst. Molekulare Schalter sind Moleküle, die sich durch äußere Einflüsse wie Temperaturänderungen zwischen zwei Zuständen umschalten lassen – ähnlich einem Schalter mit den Positionen „An“ und „Aus“. Solche Moleküle werden als mögliche Bausteine für künftige Datenspeicher oder Sensormaterialien erforscht. Mit Hilfe der magnetischen Terahertz-Spektroskopie an BESSY II konnten die Forschenden nun erstmals unterscheiden, ob benachbarte Moleküle in einem Material gleich oder anders geschaltet sind. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ erschienen.