Terahertz-ESR-Spektroskopie in gepulsten Magnetfeldern

Im Hochfeld-Magnetlabor Dresden sind - zusammen mit anderen Strahlungsquellen - jetzt auch ESR-Messungen in einem einmalig großen Frequenz- und Magnetfeldbereich möglich. Der neue ESR-Aufbau steht auch externen Nutzern zur Verfügung.

Die Elektronenspinresonanz (ESR) ist eine hervorragende Methode zur Untersuchung elementarer Anregungen in magnetischen Materialien. Dabei wird durch die Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine resonante Anregung des Elektronenspins detektiert. Bisher wurde dazu Strahlung im GHz-Bereich bei Magnetfeldern von wenigen Tesla benutzt. Mit den neuen Freie-Elektronen-Lasern an ELBE stehen seit kurzem sehr leistungsstarke Strahlungsquellen (bei mittleren Leistungen von einigen Watt) im Wellenlängenbereich von 4 bis 230 µm zur Verfügung. Dies entspricht in etwa einem Frequenzbereich von 1,3 – 70 THz. Durch die Verbindung mit den gepulsten Magneten des Hochfeld-Magnetlabors Dresden (HLD) und einem jüngst fertig gestellten ESR-Messaufbau sind nun weltweit einmalige experimentelle Möglichkeiten zur Messung der ESR geschaffen. Eine erste erfolgreiche Testmessung bei 1,3 THz an der Substanz (6MAP)CuCl3, die ungepaarte Kupferspins mit der Quantenzahl S = 1/2 enthält, zeigt die Abbildung.

Beteiligte Mitarbeiter des Instituts Hochfeld-Magnetlabor Dresden: Dr. Sergei Zvyagin, Mike Ozerov, Dr. Erik Cizmar, Dr. Artem Pronin, Dr. Yurii Skourski, Uwe Helbig. Vom Institut für Strahlenphysik war Dr. Wolfgang Seidel an dem erfolgreichen Experiment beteiligt. Die (6MAP)CuCl3-Probe wurde von Dr. Chris Landee und Dr. Mark Turnbull (Clark University, Worcester, MA, USA) zur Verfügung gestellt.

Hier ist neben dem zeitlichen Verlauf des Magnetfelds bei einem 52 Tesla-Puls die gleichzeitig durch die Probe transmittierte Lichtleistung dargestellt. Deutlich sind bei 44 Tesla, sowohl bei ansteigendem als auch bei fallendem Feld, die ESR-Linien zu erkennen.

Weitere Informationen:
Prof. Joachim Wosnitza
Direktor des Instituts Hochfeld-Magnetlabor Dresden
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Tel.: 0351 260 - 3524