MAXYMUS

MAgnetic X-raY Microscope with UHV Spectroscopy

MAXYMUS ist ein Raster-Transmissions-Röntgenmikroskop, welches weiche Röntgenstrahlung mit variabler Polarisation (linear, zirkular) im Energiebereich zwischen 200 eV und 1900 eV nutzt. Im MAXYMUS wird ein kohärenter Röntgenstrahl auf einen Nanometer großen Punkt fokussiert, und die Probe unter dem Strahl gerastert. Um die lokale Absorption zu messen, werden die transmittierten Röntgenstrahlen in jedem Punkt der Probe mit einer Vielzahl von Detektoren gemessen, z.B. einem Photomultiplier, einer Avalange-Photodiode, oder einer In-Vakuum CCD Kamera.  Das erlaubt elementspezifische, chemisch und magnetisch empfindliche Bildaufnahme mit einer räumlichen Auflösung von <25 nm.

Anwendungsbeispiele:
  • Röntgenmikroskopie
  • Zeitaufgelöste Bildgebung
  • Nanospektroskopie für Energiematerialien
  • NEXAFS Bildgebung für die Umweltforschung
MAXYMUS Innenleben durch offene Deckelluke

MAXYMUS Innenleben durch offene Deckelluke


Methods

X-ray Microscopy, XMLD, Time-resolved absorption, NEXAFS, XMCD

Remote access

not possible

Beamline data
Energy range 200 - 1900 eV
Energy resolution > 5 000
Flux 200 eV - 1000 eV: ~ 1013 Ph/sec/100mA
Polarisation Horizontal, Vertical, Circular positive, Circular negative
Focus size (hor. x vert.)
  • at exit slit: ~ H 45 µm x V 15µm
  • at zoneplate: ~ H 2 mm x V 1mm
Phone +49 30 8062 14762
Weitere Details UE46_MAXYMUS
Station data
Temperature range
  • Typically room temperature
  • 30 - 350 K using cryostat sample holder
Pressure range
  • < 10-8 mbar in UHV mode
  • mbar Helium for passive sample cooling
Detector
  • Photomultiplier E <600 eV
  • Avalanche Photodiode (APD) for fast (<2ns) single photon detection and high count rates (> 108 photons/s)
  • Sample Current (TEY) for non-transparent samples
  • Fast in Vacuum X-Ray CCD
Manipulators
  • Interferometer stabilized high fidelity piezo scanning stage
  • Tiltable sample holder for in-plane XMCD imaging
Sample holder compatibility
  • Standard ALS/PSI Style STXM sample holders
  • Custom HF sample PCBs for >30 GHz bandwidth
  • Local in-vacuum sample storage
Additional equipment
  • He/N2 cryostats
  • Magnetic fields up to 250 mT
  • Picosecond laser system (in collaboration with MBI)
  • High-frequency electronics for sample excitation and signal detection (> 30 GHz)
  • Supporting optical microscopy and wire bonder
zeitliche Auflösung
  • Multi Bunch: 100 psec
  • Low Alpha: 10 psec

MAgnetic X-raY Microscope with UHV Spectroscopy (MAXYMUS) ist ein Raster-Transmissions-Röntgenmikroskop (Scanning Transmission X-ray Microscope - STXM), das als stationäres Experiment am Undulator-Strahlrohr UE46-PGM2 aufgebaut ist. MAXYMUS wurde in Kooperation von HZB/BESSY II und der Max Planck Gesellschaft (Prof. Gisela Schütz, Max-Planck Institute für Materialforschung/Intelligente Systeme im Jahr 2009 aufgebaut. Es wird durch eine Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Nanospektroskopie des HZB und dem Max-Planck Institut für Festkörperforschung (Prof. Bernhard Keimer) betrieben.

Das Prinzip von MAXYMUS ist, einen Strahl kohärenter Röntgenstrahlen auf einen Durchmesser von Nanometergröße zu bündeln und eine Probe unter diesem Stahlfleck abzurastern. Die Röntgenabsorption in der Probe wird mit einer Reihe von Röntgendetektoren (Photomultiplier, Avalange-Photodioden, In-Vakuum- CCD Kameras) bestimmt, die für jeden beleuchteten Punkt messen, wieviel Licht die Probe durchdringt.

Damit wird es möglich, röntgenspektroskopische Methoden zu benutzen, um elementspezifische und chemisch oder magnetisch empfindliche Mikroskopie mit Auflösungen von unter 25 nm durchzuführen.

Das MAXYMUS Mikroskop ermöglicht es Nutzern, XMCD/XMLD und XAS/NEXAFS als Kontrastmechanismen zur Bildgebung und zur Spektroskopie auf der Nanometerskala im weichen Röntgenbereich (200- 1900 eV) zu benutzen.

Zu untersuchende Proben sind bevorzugt transparent für weiche Röntgenstrahlen (mit Dicken von 10 nm  zu 1 μm), es können jedoch auch nicht-transparente Proben mittels Probenstrommessung untersucht werden.

Neben konventioneller Mikroskopie gibt es die Möglichkeit, Spektroskopie auf Punkte, Linien oder Bilderserien anzuwenden. Letztere geben die Möglichkeit, Absorptionsspektren aus beliebigen Regionen nachträglich zu extrahieren. Insbesondere für magnetische Messungen kann die Probe auch zur Strahlrichtung rotiert werden, was Abbildung des Magnetismus in der Ebene der Probe mittels XMCD/XMLD ermöglicht.

Das Mikroskop ist außerdem mit einem vollständigen Aufbau für zeitaufgelöste Messungen via Pump-and-Probe ausgestattet. Dies ermöglicht es, insbesondere magnetische Phänomene im Bereich der Nano- bis Picosekunden zu untersuchen. Hierbei werden die Röntgenphotonen mittels einer Avalange-Photoiode individuell erkannt und zeitlich sortiert. Die Anregung von Proben kann mit Frequenzen von 250 kHz bis über 30 GHz erfolgen. Ausgefeilte Synchronisation mit dem Speicherring gibt Nutzern volle Kontrolle über die Wiederholraten und Zeitauflösungen. Eine Kombination von Zeitauflösungen von <100 ps (<20 ps im low-alpha Modus) und <20 nm Ortsauflösung sind in realen Nutzerexperimenten möglich.

Für niedrige Photonenenergien ermöglicht ein hocheffizienter Detektor auf der Basis von Photomultipliers Messungen bis zur Schwefel K-Kante. Zusammen mit dem hohen Fluss des Strahlrohrs ermöglicht dies, schnelle Messungen selbst im single-bunch Modus von BESSY II.

MAXYMUS ist seit seinen Übergang in den Nutzerbetrieb im Jahr 2011 kontinuierlich weiterentwickelt worden und ist offen für Strahlzeitanträge externer Nutzer.