Neues Instrument an BESSY II startet in den Nutzerbetrieb
Das Russisch-Deutsche Labor betreibt eine Beamline an BESSY II. © HZB/Michael Setzpfandt
Ab der nächsten Strahlzeit steht der neue Messplatz auch anderen Nutzern zur Verfügung. © HZB/Michael Setzpfandt
Am 28. 10. 2019 wurde ein neues Instrument an die Nutzerschaft von BESSY II übergeben. Das Instrument wurde durch das Russisch-Deutsche Labor an BESSY II entwickelt. Monochromator und Apparatur für spin- und winkelaufgelöste Photoemission haben ihre Testphase erfolgreich absolviert und ermöglichen präzise Messungen der elektronischen Bandstruktur mit Spinauflösung von unterschiedlichen Materialklassen wie topologischen Isolatoren und magnetischen Sandwichstrukturen, aber auch von neuartigen Solarzellenmaterialien auf Perowskitbasis. Ebenso wurde ein Photoelektronenmikroskop entwickelt.
Das Russisch-Deutsche Labor existiert seit mehr als 15 Jahren bei BESSY II. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler betreiben seitdem ein eigenes Strahlrohr für Absorptionsspektroskopie und Photoelektronenspektroskopie. Nun haben sie zusätzlich zu dem Dipol-Strahlrohr auch einen leistungsstarken Messplatz für spin- und winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie und Photoelektronenmikroskopie an einem Undulatorstrahlrohr aufgebaut. Dieser Messplatz ist in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dresden und der Freien Universität Berlin entstanden; er wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit einer Million Euro finanziert. Von der kommenden Strahlzeit an steht dieser Messplatz nun auch russischen und deutschen Nutzerteams für Kooperationen zur Verfügung.
Internationaler Workshop
Prof. Eckart Rühl von der Freien Universität Berlin, Vorsitzender des Lenkungsausschusses des Labors, hebt die starke Verbundenheit mit den russischen Kollegen hervor: "Insbesondere mit dem Ziel, die russischen Forschergruppen mit den neuen Möglichkeiten des Instruments vertraut zu machen, haben wir die Eröffnung des neuen Instruments in einen internationalen Workshop eingebettet." Sieben Forscherinnen und 19 Forscher aus Russland, Deutschland, Spanien und Japan werden an zwei Tagen über ihre Ergebnisse berichten.
"Die Spin-Bahn-Wechselwirkung, also die Kopplung von magnetischer Ausrichtung und Bewegungsrichtung der Elektronen, hat sich in den vergangenen Jahren kontinuierlich zu einem zentralen Thema in der Physik der Festkörper entwickelt, insbesondere durch die neue Materialklasse der Topologischen Isolatoren, deren Entdeckung durch den Nobelpreis für Physik 2016 gewürdigt wurde", erklärt Prof. Oliver Rader vom Helmholtz-Zentrum Berlin, in dessen Abteilung das neue Instrument angesiedelt ist. "Das führte international zu stark steigender Nachfrage nach Experimenten, mithilfe derer der Spin direkt nachgewiesen werden kann." Auch das aktuelle Interesse an stabilen zweidimensionalen Festkörpern könnte dazu beitragen, denn in den letzten Jahren wurden neuartige zweidimensionale Magnete wie CrI3 entdeckt.
Empfang in der Russischen Botschaft
Welchen hohen Stellenwert dem Labor beigemessen wird, zeigt die Beteiligung der russischen Botschaft: Der Botschaftsrat im Referat für Bildungs-, Wissenschafts- und Technikfragen, Alexander Rusinov, sprach zum Auftakt und am Abend empfängt der Botschafter die Teilnehmerinnen und Teilnehmer.
Kooperationspartner:
Getragen wird die Kooperation von deutscher Seite von der Freien Universität Berlin, der Technischen Universität Dresden, der Technischen Universität Freiberg und dem Helmholtz-Zentrum Berlin sowie auf russischer Seite von der Staatlichen Universität St. Petersburg, dem Kurchatov Institut (Moskau), dem Ioffe Institut (St. Petersburg) und dem Shubnikov Institut für Kristallographie (Moskau).
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.