Arbeitsgruppe Elektronenspektroskopie


Leiter: Dr. Stefan Schuppler

Elektronische Korrelationen führen in Übergangsmetalloxiden zu einer vielgestaltigen "Landschaft" aus miteinander konkurrierenden strukturellen, elektronischen und magnetischen Phasen. Das Wechselspiel dieser Phasen kann dann durch externe Parameter wie Dotierungsgrad, Temperatur, Druck- oder Zugverspannung und Dimensionalität variiert werden, was oft zu neuartigen Funktionalitäten mit Anwendungspotential führt. Beispiele sind die Hochtemperatur-Supraleitung in Kupraten und die Orbitalordnungseffekte in Manganaten, Ruthenaten und Kobaltaten. Für ein grundsätzliches Verständnis dieser Phasen und der damit verknüpften Übergänge untersuchen wir intensiv deren elektronische und magnetische Struktur.

Die Experimente werden an der IFP-eigenen Weichröntgen-Analytik-Anlage WERA an der Synchrotronstrahlungsquelle ANKA des KIT durchgeführt. Mit Photoemission (PES) und winkelaufgelöster PES (ARPES) sind die besetzten elektronischen Zustände, der Bandcharakter und etwa die Fermifläche zugänglich; resonante PES (RESPES) ist elementspezifisch. Mit Röntgenabsorption (NEXAFS) können die unbesetzten elektronischen Zustände mit Schwerpunkt auf dem Orbitalcharakter untersucht werden; magnetischer zirkularer Dichroismus (XMCD) ist eine empfindliche Sonde für Spinzustände und ermöglicht die Bestimmung der Spin- und Bahnkomponenten der magnetischen Momente. Abbildungen mit lateraler Auflösung bis hinunter zu 100 nm und Mikrospektroskopie sind in einem Photoemissions-Elektronenmikroskop (PEEM) möglich. Alle diese Methoden sind in einem Ultrahochvakuumsystem (UHV) verbunden, das auch verschiedene in-situ-Präparationskammern umfasst, in denen z.B. epitaktische Schichten mittels gepulster Laserdeposition (PLD) oder Aufdampfern sowie auch kohlenstoffbasierte oder andere Nanosysteme hergestellt werden können. Dieser "integrierte Ansatz" für Instrumentierung und Präparation ist für den Einsatz von WERA von zentraler Bedeutung: er ermöglicht dem Benutzer in einer einzigen Anlage die Probenpräparation und -untersuchung mit einer Kombination aus sich ergänzenden Elektronenspektroskopien, ohne dass die Proben zwischendurch an Luft oder anderweitig verunreinigt werden.

Mit einem Ablenkmagnet als Lichtquelle deckt das Strahlrohr den Photonenergiebereich zwischen 100 and 1500 eV ab und stellt einen hohen Fluss, hohe Auflösung sowie zirkulare und lineare Polarisation zur Verfügung. In Zukunft besteht alternativ die Möglichkeit, einen Undulator als Lichtquelle zu nutzen, der an dem benachbarten ANKA-X-Spec-Strahlrohr aufgebaut wird, was bei Bedarf eine weiter erhöhte Flussdichte ermöglicht.

Das Strahlrohr und die Experimentierstationen stehen auch externen Nutzern zur Verfügung und sind ins ANKA-Strahlzeitvergabesystem eingebettet. Aufrufe für wissenschaftliche Strahlzeitanträge ergehen zweimal pro Jahr; ein unabhängiges Gutachtergremium beurteilt die Anträge und vergibt die Strahlzeit. Mehr als 50% der Strahlzeit wird an externe Nutzer vergeben. Diese Nutzung umfasst auch das Spectroscopy Lab der Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) Umgekehrt wird auch die experimentelle Ausstattung von WERA durch langfristige Kooperationen mit externen Partnern stark erweitert: so wird z.B. das PEEM vom Hersteller (Focus GmbH) im Rahmen eines Kooperationsvertrags zur Verfügung gestellt, während die XMCD-Kammer vom Max-Planck-Institut für Metallforschung Stuttgart (Prof. G. Schütz, PD E. Goering) beigesteuert wird.

Weichröntgen-Analytik-Anlage WERA an der Karlsruher Synchrotronstrahlungsquelle ANKA:

1 - Refokusierspiegel; 2 - Photoemissionselektronenmikroskop (PEEM);
3 - Photoemissions-/NEXAFS-Kammer; 4 - Schleuse;
5 - Hochauflösender (AR)PES-Analysator; 6 - Fluoreszenzausbeute für NEXAFS;
7 - Oberflächenpräparationskammer; 8 - Kammer für gepulste Laserdeposition (PLD)

 

Aktuelle Forschungsthemen:

 

 

Ausgewählte Veröffentlichungen

 

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