Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

BESSY IIam Helmholtz-Zentrum BerlinDer Elektronenspeicherring BESSY II des Helmholtz-ZentrumsBerlin für Materialien und Energie (HZB) ist nun seit überzehn Jahren in Betrieb und ist immer noch die einzige deutscheSynchrotronstrahlungsquelle der dritten Generation. Der Ausbauder Nutzereinrichtungen war sehr rasant. Bereits zwei Jahrenach Beginn des Nutzerbetriebs waren 29 Strahlführungen inBetrieb und weitere 13 im Aufbau. Heute ist der Platz in derExperimentierhalle rar, denn mit rund 50 Strahlführungen undebenso vielen speziellen Experimentiereinrichtungen ist derVollausbau nahezu erreicht.BESSY II stellt rund 25 % der europäischen Forschungsinfrastrukturim XUV-Bereich (extremes Ultraviolett). Dabei kannBESSY II auf einen selbst für Synchrotronstrahlungsquellen extrembreiten Spektralbereich zurückgreifen, der von Terahertzbiszur harten Röntgenstrahlung (0,0006 – 150.000 eV) reicht.Dies wird durch zwei Entwicklungen ermöglicht: Zum einendurch die Möglichkeit, den Speicherring im sogenannten Low-Alpha-Modus zu betreiben, wodurch BESSY II als erste Quelle inder Welt kohärente Synchrotronstrahlung im fernen Infrarotund Terahertzbereich erzeugen kann. Der Bereich der hartenRöntgenstrahlung wird durch den Einsatz von supraleitendenMagnetstrukturen erreicht, von denen der 17-polige 7-Tesla-Wiggler herausragt.Durch die enorme Breite des Spektralbereichs sind an BESSYII Methoden möglich, die man vorher nur an mehreren unterschiedlichenSynchrotronstrahlungsquellen nutzen konnte oderdie gar nicht möglich waren: beispielsweise Proteinkristallo-graphie, Röntgentomographie, und -fluoreszenzanalyse sowieenergie-dispersive Diffraktion bzw. THz-spektroskopischeUntersuchung von Hochtemperatursupraleitern. So können nundie Struktur von Proteinen und Werkstoffen bestimmt undzerstörungsfreie Materialanalysen an industriellen Werkstoffenoder Kunstobjekten durchgeführt werden.Auch im XUV-Spektralbereich, für den BESSY II optimiertist, haben sich besonders durch den Einsatz elliptischer Undulatorenneue experimentelle Möglichkeiten eröffnet. Diese komplexenMagnetanordnungen werden vom HZB an vordersterFront entwickelt und erlauben die volle Kontrolle über die Richtungund Art der Polarisation der erzeugten Strahlung. DieseOptionen kommen jedoch erst durch die entsprechenden Monochromatorenund Strahloptiken richtig zu Geltung. Das anBESSY II entwickelte Design wird nun von führenden Hardwareherstellern(FMB, Jenoptik) in Lizenz für ihre Produkte eingesetzt.Ein besonderer elliptischer Undulator kommt beimFemtosekunden-Slicing-Aufbau zum Einsatz. Hier können mitHilfe eines Hochleistungslasers polarisierte Röntgenpulse vonetwa 120 Femtosekunden Pulsdauer generiert werden. Damitsind erstmalig ultraschnelle Magnetisierungsprozesse spektroskopischuntersucht worden. Da für diese Experimente nur einElektronenpaket im Speicherring verwendet wird, bietet BESSYII seit einiger Zeit den Hybrid-Betriebsmodus an, bei dem indie normalerweise vorhandene Lücke in der Ringfüllung ein einzigesElektronenpaket eingeführt wird. Damit beeinflussendie Nutzer am Femtoslicing-Messplatz nicht die Ergebnisse deranderen Nutzer.Die Methodenentwicklung für bildgebende Verfahrenbildet einen besonderen Schwerpunkt bei BESSY II. Die Röntgenmikroskopiemit Hilfe von Fresnellinsen erlaubt die 3D-Darstellungvon Zellen bis zu einer Auflösung von weniger als 15Nanometern, ohne zusätzliche Kontrastmittel einsetzen undohne Schnitte anfertigen zu müssen. Die Röntgenholografie isteine weitere vielversprechende Methode, um Mikroskopie mitkurzen Pulsen zu betreiben und damit dynamische Prozesse abzubilden– z. B. durch den Einsatz an einem Freie-Elektronen-Laser. Mit der spinaufgelösten Photoelektronenmikroskopie(SPEEM) kann hervorragend Domänenbildung in magnetischenMaterialien verfolgt werden. Darüber hinaus stehen Messplätzefür THz-Nahfeldmikroskopie, Infrarotmikroskopie und Rönt-38Synchrotronstrahlung 2009