Ein schneller Blick auf komplexe Ordnung

Neutronen- und Röntgenstreuung deckt Dynamik antiferromagnetischer Ordnung auf.

Grundlagenforschung zu magnetischen Ordnungsphänomenen in Festkörpern ist eine der Forschungsrichtungen, 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 und des Instituts für Methoden und Instrumente der Forschung mit Synchrotronstrahlung am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat jetzt die ultraschnelle Dynamik von Zerfall und Erholung von antiferromagnetischer Ordnung auf Femtosekunden(fs)-Zeitskala durch direkte Messung eines magnetischen Beugungsreflexes nach resonanter Laseranregung aufgedeckt.

Dazu wurde resonante magnetische Röntgenstreuung am Femtoslicing-Strahlrohr des HZB durchgeführt, wo energetisch durchstimmbare ultrakurze Röntgenpulse von 100 fs Dauer zur Verfügung stehen. Dieses Pilotexperiment mit einem magnetischen Beugungsreflex als Sonde kann den Weg zu Untersuchungen der Dynamik komplexer magnetischer Ordnungsphänomene in anderen Materialien ebnen.

Helmholtz-Zentrum Berlin

PH