Anlage für orts- und zeitaufgelöste magneto-optische Messungen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555969654

Ultraschnelle Messungen sind ein mächtiges Werkzeug der Experimentalphysik. Sie erlauben es, über fundamentale Zeitskalen von Prozessen grundlegende physikalische Prinzipien aufzudecken. Durch Verwendung von gepulstem Röntgenlicht lassen sich ultraschnelle Messungen mit einer Ortsauflösung im Nanometerbereich kombinieren. Die resultierenden Videos erlauben einzigartige Einblicke in kollektive Dynamiken des Nanokosmos, wie z.B. die Quasiteilchendynamik magnetischer Skyrmionen, die unsere Arbeitsgruppe erfolgreich abgebildet hat. Bisher waren derartige Experimente allerdings auf Großforschungsanlagen wie Synchrotrons und Freie-Elektronen-Laser beschränkt. Unser Antrag beruht auf einem jüngsten Durchbruch in der Entwicklung von XUV-Laborquellen (sogenannten „High Harmonic Generation (HHG)“ Quellen), mit denen magnetische Abbildungen mit 16 nm Ortsauflösung und sub-35 fs Zeitauflösung im Labor realisiert werden konnten. Bei diesen HHG-Quellen wird XUV-Strahlung (extrem-ultraviolette Strahlung) in Form von höheren Harmonischen (HHG) in einem Edelgasmedium aus Femtosekunden-Laserstrahlung erzeugt. Die Strahlung ist ebenso wie der treibende Laser kohärent, was Bildgebung über kohärente Abbildungstechniken erlaubt. Diese Abbildungstechniken werden unter anderem von unserer Gruppe entwickelt. Das hier beantragte Gerät soll genau diese Art der zeitaufgelösten kohärenten magnetischen Abbildungen in einem HHG-Zweig der Anlage ermöglichen. In einem zweiten Zweig der Anlage finden zeitaufgelöste magneto-optische Messungen im sichtbaren Bereich über den magneto-optischen Kerr-Effekt (TR-MOKE) ohne Ortsauflösung statt. Dieser TR-MOKE-Zweig erweitert zum einen die möglichen Probenumgebungen, da Messungen an Luft stattfinden können. Zum anderen erlaubt er Zugang zu komplementären interband-spektroskopischen Informationen. Kernelement der Anlage ist ein Femtosekundenlaser, welcher mit 3 mJ Pulsenergie und sub-35 fs Pulsdauer in der Lage ist, im HHG-Zweig kohärente und zirkular polarisierte XUV-Strahlung mit einer Photonenenergie zwischen 50 eV und 150 eV zu erzeugen und gleichzeitig als Pump- und Messstrahl für den TR-MOKE-Zweig zur Verfügung steht. Wir planen, mit diesem Gerät nanometerskalige magnetische Texturen (z.B. Skyrmionen und Domänenwände) und deren Antwort auf starke Anregungen wie z.B. optische Pulse oder starke Strompulse zu untersuchen und damit Forschung, die bisher nur an Freie-Elektronen-Lasern möglich war, im Labor zu etablieren. Weiterhin wird das Gerät zur Entwicklung von kohärenten Abbildungsmethoden genutzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Anlage für orts- und zeitaufgelöste magneto-optische Messungen
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Universität Augsburg
• Leiter: Professor Dr. Felix Büttner