HZB baut Undulator für SESAME in Jordanien
Der APPLE II UE56 Doppelundulator erzeugt brillantes Licht mit variabler Polarisation. © HZB
Das Helmholtz-Zentrum Berlin baut einen APPLE II Undulator für die Synchrotron-Lichtquelle SESAME in Jordanien. Der Undulator wird an der Helmholtz- SESAME-Beamline (HESEB) eingesetzt, die von fünf Helmholtz-Zentren an SESAME aufgebaut wird. Die Helmholtz-Gemeinschaft investiert 3,5 Millionen Euro in das Projekt, das von DESY koordiniert wird.
SESAME steht für “Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East” und stellt brillantes Röntgenlicht für die Forschung zur Verfügung. Die Synchrotronstrahlungsquelle der dritten Generation wurde 2017 in Betrieb genommen. Ägypten, Iran, Israel, Jordanien, Pakistan, die palästinensischen Autonomiegebiete, die Türkei und Zypern kooperieren für dieses einzigartige Projekt, um Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem Nahen Osten Zugang zu einem der vielseitigsten Werkzeuge der Forschung zu gewährleisten. Bisher gibt es vier Strahlrohre an SESAME.
Neue Beamline für weiches Röntgenlicht
Nun wird SESAME ein fünftes Strahlrohr erhalten. Es soll „weiches“ Röntgenlicht im Energiebereich zwischen 70 eV und 1800 eV erzeugen. Dieses Röntgenlicht eignet sich besonders dafür, Oberflächen und Grenzflächen von unterschiedlichen Materialien zu untersuchen, bestimmte chemische und elektronische Prozesse zu beobachten oder Kulturschätze zerstörungsfrei zu analysieren. Das neue Strahlrohr wird als Helmholtz-SESAME Beamline (HESEB) von den Helmholtz-Zentren DESY (Federführung), Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie Karlsruher Institut für Technologie (KIT) aufgebaut.
Der Undulator kommt vom HZB
Das Team um Dr. Johannes Bahrdt am HZB hat die Aufgabe übernommen, einen Undulator für das neue Strahlrohr zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen. Undulatoren bestehen aus zwei sich gegenüberstehenden Anordnungen von Magneten, die die ultraschnellen Elektronenpakete zu einer wellenartigen Bewegung zwingen. Dabei geben die Elektronenpakete an jedem Umkehrpunkt der Welle Licht ab, das sich gegenseitig verstärkt, so dass ein laserartiger Strahl entsteht: das Synchrotronlicht. Johannes Bahrdt hat bereits mehrere Undulator-Typen entwickelt, darunter auch den APPLE II UE56-Undulator, der an BESSY II seit bald 20 Jahren sehr erfolgreich eingesetzt wird. Der APPLE II UE56 Doppelundulator erzeugt brillantes Licht mit variabler Polarisation, mit dem sich zum Beispiel magnetische Nanostrukturen untersuchen lassen. Für SESAME wird nun ein UE56-Modul komplett umgebaut, mit neuen Magneten versehen und auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Dabei wird das Undulator-Team die Kollegen an SESAME ausbilden und später über eine Fernwartung unterstützen.
HZB und SESAME
Mit dem HZB verbindet SESAME eine lange Vorgeschichte: Denn im Herzen von SESAME stecken auch einige Beschleuniger-Komponenten aus BESSY I, der Vorgängerquelle von BESSY II, die 1998 abgebaut wurde. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert die Helmholtz-SESAME-Beamline mit insgesamt 3,5 Millionen Euro. Das Projekt startet Anfang 2019 und soll in vier Jahren abgeschlossen werden.
- 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.
- 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.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in Phosphor nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.