BERLIN / LONDON (IT BOLTWISE) – Forscher am Max-Born-Institut haben ein innovatives Instrument entwickelt, das die Beobachtung magnetischer Domänen im Nanometerbereich ermöglicht. Diese Technologie eröffnet neue Wege in der Magnetismusforschung, die bisher nur an großen wissenschaftlichen Einrichtungen möglich waren.
Die jüngsten Fortschritte in der Magnetismusforschung am Max-Born-Institut in Berlin markieren einen bedeutenden Schritt in der Untersuchung nanoskaliger dynamischer Prozesse. Mit der Entwicklung eines neuen Instruments zur Nutzung weicher Röntgenstrahlung können Wissenschaftler nun die ultraschnelle Dynamik magnetischer Domänen direkt im Labor beobachten. Diese Technologie, die bisher nur an Freien-Elektronen-Lasern (XFELs) verfügbar war, ermöglicht es, die komplexen Strukturen magnetischer Texturen auf Nanometerlängen- und Pikosekundenzeitskalen sichtbar zu machen.
Das neue Instrument kombiniert eine lasergetriebene Plasma-Röntgenquelle mit einem einzelphotonempfindlichen Flächendetektor und erreicht eine Wiederholrate von 100 Hz sowie eine zeitliche Auflösung von 9 Pikosekunden. Diese Kombination bietet die notwendige Stabilität und Empfindlichkeit, um extrem schwache diffuse Streusignale nachzuweisen. Die Forscher demonstrierten die Leistungsfähigkeit des Systems an einem ferrimagnetischen Fe/Gd-Multilagenmaterial, wobei sie eine bislang unbekannte Umordnung des Domänenmusters auf Piko- bis Nanosekundenzeitskalen beobachteten.
Die Anwendung weicher Röntgenstrahlung bietet eine außergewöhnlich hohe Empfindlichkeit für magnetische Ordnung und ermöglicht elementspezifische Untersuchungen. In der Kleinwinkelstreugeometrie (SAXS) werden magnetische Domänenmuster aus dem Realraum in Intensitätsverteilungen im reziproken Raum übersetzt, was detaillierte Informationen über die Ordnung komplexer magnetischer Strukturen liefert. Diese Methode war bisher nur an großen Forschungseinrichtungen möglich, doch das neue Instrument des Max-Born-Instituts überwindet diese Einschränkung.
Für die Zukunft planen die Forscher, die Photoneneffizienz und Sensitivität des Systems weiter zu steigern, um multidimensionale Messungen und komplexe Anregungsschemata zu etablieren. Diese Verbesserungen könnten neue Möglichkeiten eröffnen, um emergente Phasen in einer Vielzahl komplexer Materialien zu untersuchen. Die Flexibilität der experimentellen Plattform erlaubt zudem systematische Studien unter Variation externer Parameter wie Magnetfeld, Temperatur und Anregungsstärke, was an den meisten Großforschungsanlagen derzeit schwierig oder unmöglich ist.
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