Die magnetischen Eigenschaften eines Materials sind entscheidend für zahlreiche technische Anwendungen, insbesondere für Speichermedien. Sie hängen von den Spins der enthaltenen Elektronen ab, also ihren quantenmechanischen Drehmomenten. Deren Wechselwirkungen sind allerdings kompliziert: Der Spin ist ein Vektor und hat somit anders als beispielsweise die Ladung nicht nur einen Betrag, sondern zugleich eine Richtung. Das verursacht auf mikroskopischer Ebene verschiedenste Effekte. Sie zu verstehen und Anordnungen von Spins möglichst genau zu untersuchen, ist von immenser wissenschaftlicher und technologischer Bedeutung. Nun hat die Physikerin Claire Donnelly gemeinsam mit ihren Kollegen vom schweizerischen Paul Scherrer Institut gezeigt, wie eine spezielle Methode der Röntgenmikroskopie solche Einblicke ermöglichen könnte.

Heutige Datenspeicher basieren auf Effekten, die sich auf der Oberfläche dünner magnetischer Schichten abspielen. Doch infolge der Miniaturisierung bei gleichzeitig stetig wachsenden Datenmengen nimmt die Notwendigkeit zu, den Platz in Trägermedien möglichst optimal zu nutzen – und dazu gehört ein immer tieferes Vordringen in ihre dritte Dimension. Der Vektorcharakter von Spins macht deren räumliches Verhalten wesentlich schwieriger berechenbar als das von einfachen Ladungsträgern. Vermutlich warten darum im Bereich magnetischer 3-D-Bauteile viele einzigartige Materialeigenschaften mit ganz neuen potenziellen Einsatzmöglichkeiten auf ihre Entdeckung.

Dabei könnte polarisiertes Röntgenlicht eine zentrale Rolle spielen. Es hat eine genau festgelegte Schwingungsrichtung und eignet sich gut dazu, die Eigenschaften magnetischer Materialien zu untersuchen: Die Polarisierung führt abhängig von der Ausrichtung des jeweiligen Spins zu charakteristischen Wechselwirkungen. Röntgenstrahlung durchdringt darüber hinaus selbst mikrometerdicke Proben sehr gut und ermöglicht durch ihre kleine Wellenlänge eine hohe potenzielle Auflösung – die prinzipielle Grenze für die Bildgebung liegt bei Bruchteilen von Nanometern ...