Strukturinformation auf der Nanoskala mittels kohärenter, resonanter Röntgenstreuung

Statische und dynamische Struktur auf der Nanometerskala ist ein verbindendes Thema des Virtuellen Institutes. Solche Struktur kann wie im Fall komplexer Festkörper durch Phasenseparation entstehen (Spins, Orbitale, Ladung, Gitter), sie kann an Phasenübergängen im thermischen Gleichgewicht präsent sein oder sie kann nur transient vorhanden sein,  wenn das System durch eine Anregung in einen Nichgleichgewichtszustand überführt wird – z.B. durch die Anregung des elektronischen Systems mit einem Laser. Dieses Projekt widmet sich primär der Verbesserung unseres räumlichen Verständnisses solcher Phänomene auf der Nanometerskala. Streuung und Abbildung mit Röntgenstrahlung nutzen spezielle Kontrastmechanismen, um die untersuchten Eigenschaften mit hoher Ortsauflösung „sehen“ zu können. Dazu ist natürlich ein Kontrastmechanismus nötig, der speziell auf die zu untersuchende Eigenschaft empfindlich ist. So erlaubt es z.B. der zirkulare Röntgendichroismus, magnetische Nanodomänen abzubilden. Kontrast für andersartige Strukturen - wie sie z.B. durch Orbital- und Ladungsordnung entstehen - sind in der Spektroskopie bereits etabliert (und werden in diesem VI genutzt), sind jedoch noch nicht als Kontrastmechanismen in hochauflösende Abbildungstechniken integriert worden.

In diesem Projekt wollen wir Methoden der Abbildung mit „exotischen“ Kontrastmechanismen entwickeln, die Spektroskopie (resonante elektronische Übergänge) mit Streuung und Abbildung verbinden. Wie in den anderen Teilprojekten des VI sind die bevorzugten Untersuchungssysteme solche mit gemischten Valenzen und Metall-Isolator Übergängen (P7, P8, P9), magnetische Domänen nach Anregung des elektronischen Systems (P9), Titanate und Manganate (P8) sowie Flüssigkeiten (P2). Die Abbildungsverfahren basieren auf der Nutzung kohärenter Röntgenstrahlung für „coherent diffraction imaging“ und Holografie, da diese Verfahren eine große Flexibilität hinsichtlich der Probenumgebungen erlauben, welche nötig sind, um die zu untersuchenden Strukturen zu stabilisieren. Darüber hinaus sind diese Techniken kompatibel mit Abbildung an FEL Quellen wie z.B. FLASH, LCLS und XFEL. Daher werden sich die Methoden dorthin übertragen lassen, um räumliche Aspekte in ultraschneller, sub-Pikosekunden Dynamik zu untersuchen. Erste räumlich aufgelöste Untersuchungen der fs-Dynamik wurden bei FLASH und LCLS von Grübel und Eisebitt durchgeführt. Komplementäre Charakterisierung durch Rasterkraftmikroskopie wird zur Verfügung stehen.

ZIEL

Ziel des Projektes ist es, „exotische“ Kontrastmechanismen der resonanten Streuung auszunutzen und für das Studium von Nanostrukturen in komplexen Materialien zur Verfügung zu stellen.

SYNERGIE

Die zu entwickelnden Methoden können auf diverse Materialklassen, die im VI studiert werden, angewandt werden (P6, P7, P8 und P9). Der Zugang über Steuung schafft eine Verbindung zu den Projekten zur ultraschnellen Streuung und Abbildung am XFEL und an speicherringbasierten Quellen harter Röntgenstrahlung (P1, P4, P6, P7, P8 und Stöhr, Dürr)  und ergänzt Projekte mittels ultraschneller Spektrokopie.

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Kontakt

Doktorandin
Stefanie Frömmel

kooptierte Mitarbeiter

Manuel Fohler
Jan Geilhufe
Erik Gührs
Christian Günther
Piet Hessing
Michael Schneider
Clemens von Korff Schmissing

Partner

Jo Stöhr - LCLS
Hermann Dürr - PULSE