Ein schneller Blick auf komplexe Ordnung
Grundlagenforschung zu magnetischen Ordnungsphänomenen in Festkörpern ist eine der Hauptforschungsrichtungen am HZB, bei denen die Kombination von Neutronen- und Röntgenstreuung eine herausragende Rolle spielt. Materialien mit komplexen magnetischen Strukturen wie z.B. antiferromagnetische Halbleiter lassen sich mit solchen Methoden untersuchen. Hier ordnen sich unterhalb einer bestimmten Temperatur die magnetischen Momente in atomaren Schichten mit alternierender Magnetisierungsrichtung an. Dies führt zu magnetischen Beugungsreflexen, die auch mit Neutronen beobachtet werden können. Röntgenstreuung als komplementäre Methode kann zusätzlich eine hohe Ortsauflösung und, in Kombination mit ultrakurzen Röntgenpulsen, eine sehr hohe Zeitauflösung erreichen. Dies ermöglicht nun die Untersuchung der bisher nicht zugänglichen magnetischen Dynamik solcher komplexer Strukturen.
Ein Team aus Wissenschaftlern des Instituts für komplexe magnetische Materialien (M-I1) und des Instituts für Methoden und Instrumente der Forschung mit Synchrotronstrahlung (G-I2) hat kürzlich erstmals die ultraschnelle Dynamik von Zerfall und Erholung von antiferromagnetischer Ordnung auf Femtosekunden(fs)-Zeitskala durch direkte Messung eines magnetischen Beugungsreflexes nach resonanter Laseranregung aufgedeckt [1].
Dazu wurde resonante magnetische Röntgenstreuung am Femtoslicing-Strahlrohr des HZB durchgeführt, wo energetisch durchstimmbare ultrakurze Röntgenpulse von nur 100 fs Dauer zur Verfügung stehen. Dieses erste Pilotexperiment mit einem magnetischen Beugungsreflex als Sonde hat den Weg zu Untersuchungen der Dynamik komplexer magnetischer Ordnungsphänomene in anderen Materialien geebnet und mehrere neue Strahlzeitanträge von externen Nutzern ausgelöst.
[1] http://apl.aip.org/resource/1/applab/v97/i6/p062502_s1
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.