Röntgendichroismus

Röntgendichroismus ist ein Oberbegriff für mehrere röntgenspektroskopische Effekte, die auf der Kopplung von (Röntgen-)Photonen an bestimmte Elektronenorbitale beruhen. Vereinfacht gesagt hängt die Absorption der Röntgenstrahlung in einem Material von der Polarisation ab.

Röntgenabsorption

Zirkularer magnetischer Röntgendichroismus

Zirkularer magnetischer Röntgendichroismus: Kobalt-Spektrum (oben: Rohdaten; unten: Differenz)

Beim zirkularen magnetischen Röntgendichroismus (engl. X-ray magnetic circular dichroism, XMCD) ist die Absorption von Röntgenstrahlung an einem Atom mit magnetischem Moment abhängig davon ob die Röntgenstrahlung links- oder rechts-zirkular polarisiert ist. Relevant ist das Differenzenspektrum zwischen Röntgenabsorptionsspektrum von links- oder rechts-zirkular polarisierter Strahlung. Bei der Aufnahme der polarisierten Absorptionsspektren wird die Magnetisierungsrichtung und die Helizität der Röntgenphotonen einmal parallel und einmal anti-parallel ausgerichtet. Die erhaltenen Absorptionsspektren werden voneinander abgezogen und aus der Differenz können durch Anwendung der sogenannten Summenregeln direkte Informationen über das elementspezifische Spin-Moment und das Orbital(Bahn-)moment des Valenzbandes erhalten werden.

Typischerweise werden XMCD-Studien an magnetischen Übergangsmetallen wie Eisen, Cobalt und Nickel, auch deren Legierungen oder Verbindungen, darunter mittlerweile auch Metallkomplexen, ausgeführt. Dabei werden Röntgenabsorptionspektren an der 2p-Absorptionskante gemessen. Hierbei finden Übergänge in die 3d-Schale statt, die stark magnetisch sein können, also magnetfeldabhängig sind.

Linearer magnetischer Röntgendichroismus

Linearer magnetischer Röntgendichroismus (engl. X-ray magnetic linear dichroism, XMLD) ist ein dem zirkularen Dichroismus ähnlicher magnetooptischer Effekt, aber von höherer Ordnung (quadratisch im Spin-Moment M) und damit schwächer. Auch diese Form des magnetischen Röntgendichroismus ist nützlich zur Erlangung magnetischer Information, z. B. von Antiferromagneten, die keinen zirkularen Röntgendichroismus aufweisen.

Linearer (nicht-magnetischer) Röntgendichroismus

Linearer (nicht-magnetischer) Röntgendichroismus ist eine Folge von Kristallanisotropien nicht-magnetischer Herkunft und ist oft schwer vom linearen magnetischen Röntgendichroismus zu trennen.

Röntgenemission

Auch die Röntgenemission weist zirkularen und linearen Dichroismus auf, der jedoch schwerer zu deuten ist, da bisher keine Summenregeln aufgestellt werden konnten.

Photoelektronenemission

In der Photoelektronenemission zeigt die Winkelverteilung eine Abhängigkeit von der Helizität der anregenden Röntgenstrahlung und ist in Anlehnung an den X-MCD-Effekt als Dichroismus bekannt.

Literatur

• Joachim Stöhr, Hans Christoph Siegmann: Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics. Springer Science & Business Media, 2006, ISBN 978-3-540-30283-4 (englisch). 

Weblinks

• X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) beim Néel-Institut