Institut Nanospektroskopie
Forschungsthemen
Die Sicherstellung einer zuverlässigen, kosteneffizienten und umweltfreundlichen Energieversorgung zählt zu den größten globalen Herausforderungen. Sie erfordert sowohl effiziente Energieumwandlungs- als auch Energiespeichertechnologien. Materialien spielen dabei eine zentrale Rolle, da ihre gezielte Weiterentwicklung entscheidend für Fortschritte in diesen Bereichen ist.
Am Institut für Nanospektroskopie entwickeln wir spektro-mikroskopische Methoden auf Basis von Synchrotronstrahlung mit variabler Energie im Bereich der weichen Röntgenstrahlung (200–2500 eV). Dies ermöglicht den Zugang zu den Absorptionskanten nahezu aller Elemente des Periodensystems.
Elemente mit K, L, and M Absorptionskanten im Energiebereich von 200 – 2500 eV. Abbildung M. Weigand
Wir betreiben zwei Raster-Transmissions-Röntgenmikroskope bei BESSY II:
MAXYMUS: MAgnetic X-raY Microscope with UHV Spectroscopy
MYSTIIC: Microscope for x-raY Scanning Transmission In-situ Imaging of Catalysts
Diese Mikroskope werden kontinuierlich weiterentwickelt, um ihre Leistungsfähigkeit zu optimieren. In einem STXM werden Röntgenstrahlen einer definierten Energie auf einen winzigen Punkt fokussiert. Das Bild entsteht, indem die Probe rasterartig durch diesen Punkt bewegt wird, während die transmittierte Röntgenstrahlung mit einem Photonendetektor erfasst wird. Die räumliche Auflösung wird durch die Größe des fokussierten Strahls bestimmt und liegt bei etwa 25 nm.
Schematische Darstellung eines STXM Mikroscops. OSA ist die order-sorting aperture. Abbildung M. Weigand.
STXM am Synchrotron nutzt resonante und nicht-resonante Photonenabsorption als Kontrastmechanismus. Da die Feinstruktur der resonanten Absorptionsspektren von der elementaren Zusammensetzung und chemischen Bindung abhängt, lassen sich mit hoher räumlicher Auflösung wertvolle Informationen über das untersuchte Material gewinnen.
Zusätzlich ermöglichen Röntgen-magnetischer Zirkulardichroismus (XMCD) und Röntgen-magnetischer Lineardichroismus (XMLD) die Untersuchung ferromagnetischer, antiferromagnetischer und allgemein anisotroper Strukturen.
Da viele Energiematerialien unter realen Betriebsbedingungen untersucht werden müssen – etwa Katalysatoren während chemischer Reaktionen oder Batteriematerialien während Lade- und Entladeprozessen – entwickeln wir gezielt in-situ- und operando-taugliche Probenumgebungen für unsere Mikroskope. Zudem arbeiten wir an schnellen Messtechniken zur zeitaufgelösten Analyse dynamischer Prozesse im Festkörper.