Von Dublin nach Berlin mit einem Humboldt-Forschungsstipendium
Dr. Katarzyna Siewierska kommt als Postdoc-Humboldt-Forschungsstipendiatin in die Gruppe von Prof. Alexander Föhlisch. © Privat
Dr. Katarzyna Siewierska kommt als Postdoc-Humboldt-Forschungsstipendiatin in die Gruppe von Prof. Alexander Föhlisch. Sie hat am Trinity College in Dublin, Irland, promoviert und will in den nächsten zwei Jahren an BESSY II die elektronische Struktur und die Spindynamik von halbmetallischen dünnen Filmen untersuchen. Ein besseres Verständnis dieser spintronischen Materialklasse könnte den Weg in eine „grüne“ energieeffiziente Informationstechnologie bereiten.
Ihr Projekt beschreibt Katarzyna Siewierska selbst so:
Ein Traummaterial für die Spintronik hätte ein geringes bzw. kein Netto-magnetisches Moment, keine Streufelder, eine hohe Resonanzfrequenz, eine geringe Dämpfung und wäre zu 100 % spinpolarisiert. Damit würde es die besten Eigenschaften eines metallischen Ferromagneten und eines Antiferromagneten in sich vereinen und hätte das Potenzial, die magnetische Datenspeicherung und Datenübertragung zu revolutionieren. Solche Materialien werden als Nullmoment-Halbmetalle (ZMHM) bezeichnet. Diese neue Materialklasse wurde 1995 theoretisch vorhergesagt, aber es dauerte fast 20 Jahre, bis das erste Mitglied, Mn2RuxGa, im Jahr 2014 nachgewiesen wurde.
Bislang sind die wenigen anderen Beispiele für ZMHM alle Heusler-Legierungen auf Mangan-Basis, was die entscheidende Rolle von Mangan für die wünschenswerten Eigenschaftskombination verdeutlicht. Es ist von großem Interesse zu verstehen, warum dies so ist.
Die auf Synchrotronstrahlung basierenden Techniken an BESSY II ermöglichen Einblicke in die elektronischen und magnetischen Eigenschaften spintronischer Materialien, da sie empfindlich auf Spin und Kristallstruktur reagieren und zudem elementspezifisch sind.
In dieser Arbeit werden wir die Expertise an BESSY II im Bereich der resonanten inelastischen Röntgenstreuung (RIXS) mit den ZMHM-Dünnschichten kombinieren, die ich während meiner Doktorarbeit am Trinity College Dublin (TCD) hergestellt und untersucht habe. Ziel ist es, die halbmetallische Bandstruktur von MRG zu bestätigen, die Spin-Gitter-Relaxation zu erforschen und die Magnon-Anregungen zu untersuchen, um Informationen über ihre Dispersion und die Energie der ferrimagnetischen Resonanzmoden zu erhalten.
- 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.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.