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 R&ouml;ntgenstrahl wird an einem Kristall gestreut, der eine helikale magnetische Ordnung aufweist. Dies f&uuml;hrt zu zwei Streustrahlen unterschiedlicher Intensit&auml;t.</p> <p>

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.

arö

Das könnte Sie auch interessieren

  • Neue Monochromatoroptiken für den „tender“ Röntgenbereich
    Science Highlight
    30.11.2022
    Neue Monochromatoroptiken für den „tender“ Röntgenbereich
    Bislang war es äußerst langwierig, Messungen mit hoher Empfindlichkeit und hoher Ortsauflösung mittels Röntgenlicht im „tender“ Energiebereich von 1,5 - 5,0 keV durchzuführen. Dabei eignet sich genau dieses Röntgenlicht ideal, um Energiematerialien für Batterien oder Katalysatoren, aber auch biologische Systeme zu untersuchen. Dieses Problem hat nun ein Team aus dem HZB gelöst: Die neu entwickelten Monochromatoroptiken erhöhen den Photonenfluss im „tender“ Energiebereich um den Faktor 100 und ermöglichen so hochpräzise Messungen nanostrukturierter Systeme. An katalytisch aktiven Nanopartikeln und Mikrochips wurde die Methode erstmals erfolgreich getestet.
  • Nanodiamanten als Photokatalysatoren mit Sonnenlicht aktivierbar
    Science Highlight
    30.11.2022
    Nanodiamanten als Photokatalysatoren mit Sonnenlicht aktivierbar
    Nanodiamant-Materialien besitzen Potenzial als preisgünstige Photokatalysatoren. Doch bisher benötigten solche Kohlenstoff-Nanopartikel energiereiches UV-Licht, um aktiv zu werden. Das DIACAT-Konsortium hat daher Variationen von Nanodiamant-Materialien hergestellt und analysiert. Die Arbeit zeigt: Wenn die Oberfläche der Nanopartikel mit ausreichend Wasserstoff-Atomen besetzt ist, reicht auch die schwächere Energie von Licht im sichtbaren Bereich für die Anregung aus. Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten könnten in Zukunft mit Sonnenlicht CO2 oder N2 in Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak umwandeln.
  • Tomographie zeigt hohes Potenzial von Kupfersulfid-Feststoffbatterien
    Science Highlight
    28.11.2022
    Tomographie zeigt hohes Potenzial von Kupfersulfid-Feststoffbatterien
    Feststoffbatterien ermöglichen noch höhere Energiedichten als Lithium-Ionenbatterien bei hoher Sicherheit. Einem Team um Prof. Philipp Adelhelm und Dr. Ingo Manke ist es gelungen, eine Feststoffbatterie während des Ladens und Entladens zu beobachten und hochaufgelöste 3D-Bilder zu erstellen. Dabei zeigte sich, dass sich Rissbildung durch höheren Druck effektiv verringern lässt.