Informationen über komplexe magnetische Strukturen sind entscheidend, um spintronische Materialien zu verstehen und zu entwickeln. Ab sofort ist bei BESSY II ein neues Instrument namens ALICE II erhältlich. Es ermöglicht die magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum unter Verwendung eines neuen großflächigen Detektors. Ein Team des HZB und der Technischen Universität München hat die Leistungsfähigkeit von ALICE II demonstriert, indem es helikale und konische magnetische Zustände eines archetypischen Einkristall-Skyrmion-Wirts analysiert hat. ALICE II ist ab sofort für Gastnutzer bei BESSY II verfügbar.
Konzipiert und konstruiert wurde das neue Instrument von HZB-Physiker Dr. Florin Radu und der Technischen Konstruktion des HZB in enger Zusammenarbeit mit Prof. Christian Back von der Technischen Universität München und seiner technischen Unterstützung. Es steht nun auch für Gastnutzer bei BESSY II zur Verfügung.
„ALICE II hat eine einzigartige Fähigkeit, nämlich magnetische Röntgenstreuung im reziproken Raum mit einem neuen großflächigen Detektor zu ermöglichen, und dies bis zu den höchsten zulässigen Reflexionswinkeln“, erklärt Radu. Um die Leistungsfähigkeit des neuen Instruments zu demonstrieren, untersuchten die Wissenschaftler eine polierte Probe von Cu2OSeO3.
Mott-Isolator geprüft
Cu2OSeO3 ist ein Mott-Isolator mit einer kubischen Kristallstruktur, der die Inversionssymmetrie fehlt. Dadurch entsteht eine helikale magnetische Ordnung: Magnetische Spins rotieren im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung. Das magnetische Ion ist Kupfer (Cu) und die Chiralität der magnetischen Textur kann nicht durch äußere Reize rückgängig gemacht werden. Die Probenqualität, die von entscheidender Bedeutung ist, wurde von Dr. Aisha Aqueel sichergestellt.
Neuartige Methode zur Untersuchung magnetischer Texturen
Mittels magnetischer Röntgenstreuung mit zirkular polarisierter Röntgenstrahlung konnten die Wissenschaftler helikale und konische magnetische Modulationen als Satellitenreflexionen um den spiegelnden Peak herum beobachten.
„Außerdem ist die Chiralitätsinformation der zugrunde liegenden Spintexturen als ihre dichroitische Intensität kodiert“, betont Radu. Diese Ergebnisse ebnen einen neuen Weg, um chirale und polare magnetische Texturen mit höchster räumlicher Auflösung und in den für Synchrotron-Röntgenexperimente typischen sehr kurzen Zeitskalen zu untersuchen und eine Reihe von Materialien für die topologische Spintronik durch schnelles Screening von Kandidatenmaterialien zu erweitern.
Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien.
V. Ukleev et al, Chirale Oberflächen-Spin-Texturen in Cu2OSeO3, enthüllt durch weiche Röntgenstreuung in Spiegelreflexionsgeometrie, Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien (2022). DOI: 10.1080/14686996.2022.2131466