Ein neues Werkzeug zur Untersuchung der Chiralität

Informationen über komplexe magnetische Strukturen sind entscheidend für das Verständnis und die Entwicklung spintronischer Materialien. Jetzt steht bei BESSY II ein neues Instrument namens ALICE II zur Verfügung.

Es ermöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit Hilfe eines neuen großflächigen Detektors. Ein Team des HZB und der Technischen Universität München hat die Leistungsfähigkeit von ALICE II demonstriert und helikale und konische magnetische Zustände in einem Einkristall mit Skyrmionen analysiert. Das neue Instrument steht nun auch Messgästen an BESSY II zur Verfügung.

ALICE II wurde von Dr. Florin Radu und der Konstruktionsabteilung am HZB in enger Zusammenarbeit mit Prof. Christian Back von der Technischen Universität München und seiner technischen Unterstützung konzipiert und gebaut.

"ALICE II verfügt über eine einzigartige Fähigkeit: Es emöglicht magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit einem neuen großflächigen Detektor bis zu den höchsten erlaubten Reflexionswinkeln", erklärt Radu. Um die Leistungsfähigkeit des neuen Instruments zu demonstrieren, untersuchten die Wissenschaftler eine polierte Probe von Cu₂OSeO₃.

Mott-Isolator untersucht

Cu₂OSeO₃ ist ein Mott-Isolator mit einer kubischen Kristallstruktur, die jedoch keine Inversionssymmetrie aufweist. Dadurch kommt es zu einer spiralförmigen magnetischen Ordnung: Die magnetischen Spins drehen sich im oder gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung. Das magnetische Ion ist Kupfer (Cu), und die Chiralität der magnetischen Struktur kann durch äußere Reize nicht umgekehrt werden. Die hohe Probenqualität ist dabei von entscheidender Bedeutung und wurde von Dr. Aisha Aqueel sichergestellt.

Einblicke in Spin-Texturen

Mit zirkular polarisierter Röntgenstrahlung konnte die Gruppe helikale und konische magnetische Modulationen als Satellitenreflexionen beobachten. "Mehr noch: Die Chiralitätsinformation der zugrundeliegenden Spin-Texturen ist als dichroitische Intensität kodiert", betont Radu. Dies zeigt einen neuen Weg, um chirale und polare magnetische Texturen zu untersuchen, und zwar mit höchster räumlicher Auflösung und auf sehr kurzen Zeitskalen, wie sie für Synchrotron-Röntgenexperimente typisch sind.

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Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)