Spintronik: Ein neues Werkzeug an BESSY II zur Untersuchung der Chiralität
Das Bild illustriert den Haupteffekt, der mit dem neu entwickelten Instrument ALICE II an BESSY II gemessen wurde: Ein zirkular polarisierter weicher Röntgenstrahl wird an einem Kristall gestreut, der eine helikale magnetische Ordnung aufweist. Dies führt zu zwei Streustrahlen unterschiedlicher Intensität.
© F. Radu/HZB
Informationen über komplexe magnetische Strukturen sind entscheidend für das Verständnis und die Entwicklung spintronischer Materialien. Jetzt steht bei BESSY II ein neues Instrument namens ALICE II zur Verfügung. Es ermöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit Hilfe eines neuen großflächigen Detektors. Ein Team des HZB und der Technischen Universität München hat die Leistungsfähigkeit von ALICE II demonstriert und helikale und konische magnetische Zustände in einem Einkristall mit Skyrmionen analysiert. Das neue Instrument steht nun auch Messgästen an BESSY II zur Verfügung.
ALICE II wurde von Dr. Florin Radu und der Konstruktionsabteilung am HZB in enger Zusammenarbeit mit Prof. Christian Back von der Technischen Universität München und seiner technischen Unterstützung konzipiert und gebaut. "ALICE II verfügt über eine einzigartige Fähigkeit: Es emöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit einem neuen großflächigen Detektor bis zu den höchsten erlaubten Reflexionswinkeln", erklärt Radu. Um die Leistungsfähigkeit des neuen Instruments zu demonstrieren, untersuchten die Wissenschaftler eine polierte Probe von Cu2OSeO3.
Mott-Isolator untersucht
Cu2OSeO3 ist ein Mott-Isolator mit einer kubischen Kristallstruktur, die jedoch keine Inversionssymmetrie aufweist. Dadurch kommt es zu einer spiralförmigen magnetischen Ordnung: Die magnetischen Spins drehen sich im oder gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung. Das magnetische Ion ist Kupfer (Cu), und die Chiralität der magnetischen Struktur kann durch äußere Reize nicht umgekehrt werden. Die hohe Probenqualität ist dabei von entscheidender Bedeutung und wurde von Dr. Aisha Aqueel sichergestellt.
Einblicke in Spin-Texturen
Mit zirkular polarisierter Röntgenstrahlung konnte die Gruppe helikale und konische magnetische Modulationen als Satellitenreflexionen beobachten. "Mehr noch: Die Chiralitätsinformation der zugrundeliegenden Spin-Texturen ist als dichroitische Intensität kodiert", betont Radu. Dies zeigt einen neuen Weg, um chirale und polare magnetische Texturen zu untersuchen, und zwar mit höchster räumlicher Auflösung und auf sehr kurzen Zeitskalen, wie sie für Synchrotron-Röntgenexperimente typisch sind.
Hinweis: Das Projekt wurde vom BMBF und HZB gefördert.
- Batterieforschung: Alterungsprozesse operando sichtbar gemachtLithium-Knopfzellen mit Elektroden aus Nickel-Mangan-Kobalt-Oxiden (NMC) sind sehr leistungsfähig. Doch mit der Zeit lässt die Kapazität leider nach. Nun konnte ein Team erstmals mit einem zerstörungsfreien Verfahren beobachten, wie sich die Elementzusammensetzung der einzelnen Schichten in einer Knopfzelle während der Ladezyklen verändert. An der Studie, die nun im Fachjournal Small erschienen ist, waren Teams der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), der Universität Münster sowie Forschende der Forschungsgruppe SyncLab des HZB und des Applikationslabors BLiX der Technischen Universität Berlin beteiligt. Ein Teil der Messungen fand mit einem Instrument im BLiX-Labor statt, ein weiterer Teil an der Synchrotronquelle BESSY II.
- 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.