Magnetische Röntgenspektroskopie und Streuung Abstrakt

Magnetische Röntgenspektroskopie und Streuung
Abstrakt:
Röntgenstrahlung schwächt sich in Materialien exponentiell mit der Länge des durchlaufenen
Materials ab. Dies geschieht durch verschiedene Arten von Röntgenstreuung und -absorption: die
Photoabsorption, die Rayleigh-Streuung, die Compton-Streuung und die Paarbildung. Bei der
Röntgenspektroskopie ist die Photoabsorption dominierend, wodurch die anderen drei Arten
vernachlässigt werden können. Die Rayleigh-Streuung ist bei kleineren und die anderen beiden
Abschwächungsmechanismen erst bei größeren Energieskalen entscheidend.
Der XMCD (X-ray magnetic circular dichroism) wurde 1975 vorhergesagt und 1987 erstmal in
einem Experiment bestätigt. Dichroismus ist eine optische Eigenschaft von Materialien. Er
beschreibt die Abhängigkeit der Absorption von elektromagnetischer Strahlung von dessen
Polarisation. XMCD-Spektroskopie verwendet zirkular polarisierte Röntgenstrahlung um das
magnetische Bahnmoment und das magnetische Spinmoment einer magnetisierten Probe, bestehend
aus einem Übergangsmetall, getrennt zu bestimmen. Ihr liegt das sogenannte „2-step model“ zu
Grunde: die Photoelektronen werden durch das zirkular polarisierte Licht Spin-polarisiert und das
oberste d-Orbital dient als Spin-sensitiver Detektor. Dadurch hat man unterschiedliche Absorption
von rechts und links polarisiertem Licht. Die Stärke der Abschwächung der Röntgenstrahlung wird
durch die NEXAFS (near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy) bestimmt. Aus der
Differenz beider Energiespektren kann mit Hilfe der Summenregeln die beiden magnetischen
Momente berechnet werden. Das Verfahren ist nur für dünne Schichten an Oberflächen geeignet.
Man kann eindeutig zwischen verschiedenen Elementen unterscheiden und somit die magnetischen
Momente verschiedener Elemente in Lagenstrukturen gleichzeitig bestimmen und somit den
Einfluss der Stoffe aufeinander bestimmen. Dies kann z.B. zur Entwicklung neuer magnetischer
Speichermedien genutzt werden.