Titel: Studying Magnetism with X-Ray Standing Waves
Sonstige Titel: Untersuchung des Magnetismus mit stehenden Röntgenwellen
Badania magnetyzmu przy użyciu rentgenowskich fal stojących
Sprache: Englisch
Autor*in: Kamiński, Michał
Schlagwörter: X-ray standing waves; X-ray magnetic circular dichroism; Magnetic structure; Dynamical theory of diffraction; Phase problem; Magnetism
GND-Schlagwörter: Stehende WelleGND
MagnetismusGND
Magnetischer RöntgenzirkulardichroismusGND
RöntgenbeugungGND
KristallstrukturGND
PhasenproblemGND
Erscheinungsdatum: 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 2022-09-09
Zusammenfassung: 
A new method for studying the magnetic structures at the atomic level was developed within the scope of this thesis. A combination of the site-selectivity of the diffraction-based x-ray standing waves (XSW) technique and sensitivity to magnetic properties of the x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy leads to a completely new perspective. The XSW method makes use of the standing wave appearing as a result of an interference between the incoming and the Bragg reflected electromagnetic waves. In the magnetic x-ray standing waves (MXSW) technique, a circular polarisation of the incoming beam is used to additionally gain magnetic information via the dichroism in the absorption of the standing wave. Due to the utilisation of the x-ray interference field, the phase information is preserved, so the magnetic structure can be studied directly. The shape of the modulation in the MXSW signal is characteristic of a given distribution of the magnetic moments and yields directly structural information. The development of the new method within the scope of this thesis consisted firstly of constructing the theoretical foundations. The dynamical theory of x-ray diffraction is used to treat theoretically the scattering phenomena. The absorption of the resulting wavefield is described within the framework of the time-dependent perturbation theory. Secondly, the simulations for several systems with different magnetic ordering were conducted. The simulation results were later used to explain the observed experimental data. Finally, two MXSW experiments were performed on a platinum-cobalt alloy and an yttrium-iron-garnet single crystals. The resulting angle-dependent XMCD signals exhibit a clear variation caused by the x-ray standing wave. The comparison between the simulation results and experimental data confirmed the validity of the novel MXSW theory.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Untersuchung der magneti-schen Strukturen auf atomarer Ebene entwickelt. Eine Kombination aus der Ortsselektivität der auf Beugung basierenden Methode der stehenden Röntgenwellen (Eng. x-ray standing waves, XSW) und der Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Eigenschaften der zirkularer magnetischer Röntgendichroismus-Spektroskopie (Eng. x-ray magnetic circular dichroism, XMCD) führt zu einer völlig neuen Perspektive. Die XSW-Methode macht sich die stehende Welle zunutze, die als Ergebnis einer Interferenz zwischen den einfallenden und den Bragg-reflektierten elektromagnetischen Wellen entsteht. Bei der Methode zur Untersuchung des Magnetismus mit stehenden Röntgenwellen (Eng. magnetic x-ray standing waves, MXSW) wird eine zirkulare Polarisation des einfallenden Strahls genutzt, um zusätzlich magnetische Informationen durch den Dichroismus in der Absorption der stehenden Welle zu gewinnen. Durch die Nutzung des Röntgeninterferenzfeldes bleibt die Phaseninformation erhalten, sodass die magnetische Struktur direkt untersucht werden kann. Die Form der Modulation im MXSW-Signal ist charakteristisch für eine bestimmte Verteilung der magnetischen Momente und liefert direkt eine Strukturinformation. Die Entwicklung der neuen Methode im Rahmen dieser Arbeit bestand zunächst in der Erarbeitung der theoretischen Grundlagen. Die dynamische Theorie der Röntgenbeugung wird verwendet, um die Streuphänomene zu berechnen. Die Absorption des resultierenden Wellenfeldes wird im Rahmen der zeitabhängigen Störungstheorie beschrieben. Zweitens wurden Simulationen für mehrere Systeme mit unterschiedlicher magnetischer Ordnung durchgeführt. Die Simulationsergebnisse wurden später verwendet, um die beobachteten experimentellen Daten zu erklären. Schließlich wurden zwei MXSW-Experimente an einer Platin-Kobalt-Legierung und einem Yttrium-Eisen-Granat Einkristall durchgeführt. Die resultierenden winkelabhängigen XMCD-Signale zeigen eine deutliche Variation, die durch die stehende Röntgenwelle verursacht wird. Der Vergleich zwischen den Simulationsergebnissen und den experimentellen Daten bestätigte die Gültigkeit der neuen MXSW-Theorie.

W ramach tej pracy doktorskiej, opracowana została nowa metoda badania struktury magnetycznej materiałów krystalicznych na poziomie atomowym. Nowa perspektywa uzyskana została poprzez połączenie metody rentgenowskich fal stojących (ang. x-ray standing waves, XSW), która dostarcza informacji strukturalnych, oraz czułej na właściwości magnetyczne spektroskopii rentgenowskiego magnetycznego dichroizmu kołowego (ang. x-ray magnetic cirular dichroism, XMCD). W metodzie XSW wykorzystuje się falę stojącą powstającą w wyniku interferencji fal elektromagnetycznych - padającej i rozproszonej. W przypadku metody magnetycznych rentgenowskich fal stojących (ang. magnetic x-ray standing waves, MXSW) fala padająca jest kołowo spolaryzowana, co pozwala dodatkowo uzyskać informacje o strukturze magnetycznej, dzięki dichroizmowi w absorpcji fali stojącej. Wykorzystanie zjawiska interferencji pozwala zachować informację o fazie fali i badać strukturę magnetyczną w sposób bezpośredni. Informacja o strukturze dostarczana jest przez kształt sygnału MXSW, który jest charakterystyczny dla danego rozkładu momentów magnetycznych. W ramach tej pracy, stworzenie fundamentów nowej metody polegało w pierwszej kolejności na opracowaniu podstaw teoretycznych. Do opisu zjawiska rozpraszania wykorzystano dynamiczną teorię dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Absorpcja uzyskanej w ten sposób fali opisana została z kolei w ramach zależnej od czasu teorii zaburzeń. Po drugie, wykonano symulacje komputerowe dla szeregu kryształów z różnym uporządkowaniem magnetycznym. Wyniki symulacji zostały wykorzystane później do analizy danych doświadczalnych. Na koniec, dwa doświadczenia MXSW zostały wykonane z użyciem monokryształów stopu platyny i kobaltu oraz granatu itrowo-żelazowego. Uzyskany kątowo-zależny sygnał XMCD wykazuje wyraźną zmianę powodowaną przez falę stojącą. Porównanie wyników symulacji i danych doświadczalnych pozwoliło potwierdzić słuszność opracowanej teorii MXSW.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9873
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-103934
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Weckert, Edgar
Stierle, Andreas
Tolkiehn, Martin
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

Dateien zu dieser Ressource:
Datei Beschreibung Prüfsumme GrößeFormat  
drthesis_frames.pdfDissertation mit hyperlinks312527e184affb042a26f1f5fb4e1f7a16.29 MBAdobe PDFÖffnen/Anzeigen
Zur Langanzeige

Info

Seitenansichten

52
Letzte Woche
Letzten Monat
geprüft am 06.12.2022

Download(s)

14
Letzte Woche
Letzten Monat
geprüft am 06.12.2022
Werkzeuge

Google ScholarTM

Prüfe