XFEL: European XFEL verleiht erstmals Young Scientist Award

Michael Schneider vom Max Born Institut wurde auf dem European XFEL Nutzertreffen am Mittwoch für seine Arbeiten zur ultraschnellen Magnetisierung geehrt. Michael Schneider ist der erste Preisträger des neuen European XFEL Young Scientist Award. Schneider, der als Wissenschaftler am Max Born Institut tätig ist, hat seit Beginn des Nutzerbetriebs am European XFEL-Instrument für Spektroskopie und kohärente Streuung (SCS) an mehreren Experimenten teilgenommen. "Wir haben Michael Schneider als ersten Empfänger des European XFEL "Young Scientist Award" ausgewählt, um seine exzellente Forschung im Bereich der ultraschnellen Magnetisierungsdynamik zu würdigen, die Teil des Nutzerprogramms an der SCS-Experimentierstation war", erklärt Prof. Serguei Molodtsov, wissenschaftlicher Direktor am European XFEL.

Schneider gab auf dem Nutzertreffen Einblicke in seine Forschungsarbeit, die Bedeutung des European XFEL für sein Fachgebiet und warf einen Blick in die Zukunft.

Was ist der Schwerpunkt Ihrer Forschung?

In meiner Forschung nutze ich weiche Röntgenstrahlung, um die Eigenschaften und die Abläufe von magnetischen Texturen zu untersuchen, die sich in dünnen ferromagnetischen Schichten bilden. Diese Veränderungen werden durch ein komplexes Zusammenspiel der Ladungs- und Spinverteilung der Elektronen und der atomaren Positionen im Gitter bestimmt. In Experimenten beeinflussen wir diese Freiheitsgrade, beispielsweise indem wir Magnetfelder anlegen, Ströme durch die Probe schicken oder sie mit einem optischen Laser anregen. Die Reaktion der Probe untersuchen wir dann in Streuexperimenten oder durch Abbildung mit weicher Röntgenstrahlung. Wir konzentrieren uns auf ein grundlegendes Verständnis der Wechselwirkungen in unseren Proben, aber zu den möglichen Anwendungen gehört auch eine neue Generation von Festkörper-Datenspeichern, die auf Magnetismus beruhen. Ich interessiere mich auch für die Wechselwirkung der weichen Röntgenstrahlung mit unseren Proben auf einer fundamentaleren Ebene. Besonders an Röntgenquellen mit hoher Brillianz wie dem European XFEL kann die große Anzahl von Photonen, die die Probe untersuchen sollen, diese so stark stören, dass das eigentliche Experiment beeinträchtigt wird - auch ohne offensichtliche Anzeichen wie etwa bleibende Schäden. Hier geht es mir darum, sichere Grenzen für die Anzahl der Photonen pro Zeit- und Fläche zu finden und die dafür verantwortlichen Mechanismen zu verstehen.

Welche Bedeutung hat der European XFEL für Ihr Forschungsgebiet?

Röntgenstrahlen sind ein äußerst wertvolles Werkzeug für die Erforschung des Magnetismus, da sie in der Lage sind, die Magnetisierung zu "sehen", wenn die richtige Photonenenergie verwendet wird. Gleichzeitig ermöglicht die kurze Wellenlänge der Röntgenstrahlung, in meiner Arbeit meist ca. 1,6nm, eine viel höhere räumliche Auflösung, als dies beispielsweise mit sichtbarem Licht oder laborgestützten XUV-Quellen möglich wäre. Der European XFEL liefert diese Strahlung in hochintensiven, sehr kurzen Lichtblitzen von etwa 20 Femtosekunden Dauer, was uns erlaubt, sehr schnelle Prozesse zu verfolgen.

Könnten Sie etwas genauer beschreiben, worum es in Ihrem Vortrag auf dem Users' Meeting ging?

Ich habe über ein Experiment gesprochen, bei dem wir einen optischen Laser verwendet haben, um Skyrmionen in einer magnetischen Dünnschicht zu erzeugen. Skyrmionen sind topologische Objekte, die in bestimmten Materialien sehr klein, stabil und leicht beweglich sind. Das macht sie für Datenspeicheranwendungen sehr interessant. Im Experiment konnten wir zeigen, dass Lichtpulse einen Phasenübergang im magnetischen Material auslösen, was zu einem effizienten und beispiellos schnellen Weg führt, Skyrmionen zu erzeugen. Die Ergebnisse wurden gerade in Nature Materials (https://doi.org/10.1038/s41563-020-00807-1) veröffentlicht.

Welche zukünftigen Richtungen sehen Sie für Ihr Gebiet?

Ein spannender nächster Schritt wird die direkte dynamische Abbildung magnetischer Strukturen bei SCS sein. Es gibt bereits vielversprechende Bemühungen in diese Richtung im Rahmen eines Gemeinschaftsvorschlags, der die Expertise verschiedener Gruppen vereint. Damit wird es möglich sein, die Dynamik einzelner, nanometergroßer Merkmale in einer filmähnlichen Weise zu beobachten. Dies wird eine sehr wertvolle Ergänzung zu den Informationen sein, die in den bisherigen Streuexperimenten an der SCS Experimentierstation gewonnen werden.