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Main Title: Interference-based spectroscopy with XUV radiation
Translated Title: Interferenzbasierte Spektroskopie mit XUV Strahlung
Author(s): Hessing, Piet
Advisor(s): Eisebitt, Stefan
Referee(s): Eisebitt, Stefan
Lüning, Jan
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13068
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11864
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: In this thesis, a novel interferometric method for the spectroscopic and time-resolved investigation of the complex optical and magento-optical refractive index in the spectral range of extreme ultraviolet radiation and soft x-rays is presented. Compared to similar methods, our method is self-normalizing and allows the determination of the real and imaginary part of the complex refractive index in only one single measurement. The wavefront splitter of our interferometer consists of a simple monolithic combination of a double slit acting as a reference and an additional aperture containing the sample system under investigation as a free-standing film. The interferogram measured in the far field is evaluated by a single Fourier transformation. Via polarization-dependent measurements, the dichroic contributions to the complex refractive index due to the magnetization of the material can be extracted. We present proof-of-principle measurements using this concept and discuss performance and limiting factors. Results are presented for CoGd-alloy, FeGd-alloy, and Co/Pt-multilayers, investigating for Co and Fe both the spectral regions of the respective M- and L-edges and for Gd the spectral region corresponding to the N-edge. These experiments were carried out at a synchrotron radiation source. We compare our results to experimental results in the literature and to electronic structure calculations. For the case of Gd25Co75 alloy, to our knowledge, we are the first to present experimental data on the magneto-optical refractive index at the Gd N-edge. Beyond static measurements, we present a proof-of-concept experiment for a timeresolved investigation in a pump-probe scheme. Using a high-harmonic generation source for interferometric probing, the evolution of the magneto-optical refractive index of Fe in Gd28Fe72 is studied after optical excitation leading to ultrafast demagnetization. We conclude by discussing the current limitations of our time-resolved experiment and discuss improvements for future applications.
In dieser Arbeit wird eine neuartige interferometrische Methode zur spektroskopischen und zeitaufgelösten Untersuchung des komplexen optischen und magentooptischen Brechungsindex im Spektralbereich extremer ultravioletter Strahlung und weicher Röntgenstrahlung vorgestellt. Im Vergleich zu ähnlichen Methoden ist unsere Methode selbst-normalisierend und erlaubt die Bestimmung des Real- und Imaginärteils des komplexen Brechungsindex in nur einer einzigen Messung. Der Strahlteiler unseres Interferometers besteht aus einer einfachen monolithischen Kombination von einem Doppelspalt, der als Referenz dient, und einer zusätzlichen Apertur, welche das zu untersuchende Probensystem als freistehenden Film enthält. Das im Fernfeld gemessene Interferogramm wird mittels einer einzelnen Fouriertransformation ausgewertet. Durch polarisationsabhängige Messungen können die dichroitischen Beiträge zum komplexen Brechungsindex aufgrund der Magnetisierung des Materials extrahiert werden. Wir stellen proof-of-principle-Messungen unter Verwendung dieses Konzepts vor und diskutieren Leistungsfähigkeit und limitierende Faktoren. Die Ergebnisse werden für CoGd-Legierungen, FeGd-Legierungen und Co/Pt-Multilagen vorgestellt, wobei für Co und Fe sowohl die Spektralbereiche der jeweiligen M- und LKanten als auch f¨ur Gd der Spektralbereich entsprechend der N-Kante untersucht werden. Diese Experimente wurden an einer Synchrotronstrahlungsquelle durchgeführt. Wir vergleichen unsere Ergebnisse mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur und mit elektronischen Strukturberechnungen. Für den Fall der Gd25Co75-Legierung sind wir unseres Wissens nach die ersten, die experimentelle Daten über den magnetooptischen Brechungsindex an der Gd N-Kante präsentieren. Über statische Messungen hinaus stellen wir ein proof-of-concept-Experiment für eine zeitaufgelöste Untersuchung mittels einer pump-probe-Methode vor. Unter Verwendung einer Quelle zur Erzeugung hoher Harmonischer wird die zeitliche Entwicklung des magnetooptischen Brechungsindex von Fe in Gd28Fe72 nach optischer Anregung untersucht, die zu einer ultraschnellen Entmagnetisierung führt. Abschließend erörtern wir die derzeitigen Grenzen unseres zeitaufgelösten Experiments und diskutieren Verbesserungen für zukünftige Anwendungen.
Subject(s): interferometry
spectroscopy
ultrafast demagnetisation
Interferometrie
Spektroskopie
ultraschnelle Demagnetisierung
Issue Date: 2021
Date Available: 13-Jul-2021
Exam Date: 3-Mar-2021
Language Code: en
DDC Class: 535 Licht, Infrarot- und Ultraviolettphänomene
538 Magnetismus
TU Affiliation(s): Fak. 2 Mathematik und Naturwissenschaften » Inst. Optik und Atomare Physik
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