SPEEM: The photoemission microscope at the dedicated microfocus PGM beamline UE49-PGMa at BESSY II

The UE49-PGMa beamline hosts a photoemission electron microscope (PEEM) dedicated to spectromicroscopy and element-selective magnetic imaging on the nanometer scale. The instrument is an Elmitec PEEM III equipped with energy filter and Helium cooled manipulator. Laser driven excitations can be studied using an attached Ti:Sa laser. A variety of customized sample holders is available for imaging in moderate magnetic / electric field, temperature control, or local laser excitations. With x-rays the instrument is capable of 30 nm spatial resolution

Influence of magnetic field and ferromagnetic film thickness on domain pattern transfer in multiferroic heterostructures

Domains in BaTiO$_3$ induces a regular modulation of uniaxial magnetic anisotropy in CoFeB via an inverse magnetostriction effect. As a result, the domain structures of the CoFeB wedge film and BaTiO$_3$ substrate correlate fully and straight ferroelectric domain boundaries in BaTiO$_3$ pin magnetic domain walls in CoFeB. We use x-ray photoemission electron microscopy and magneto-optical Kerr effect microscopy to characterize the spin structure of the pinned domain walls. In a rotating magnetic field, abrupt and reversible transitions between two domain wall types occur, namely, narrow walls where the magnetization vectors align head-to-tail and much broader walls with alternating head-to-head and tail-to-tail magnetization configurations. We characterize variations of the domain wall spin structure as a function of magnetic field strength and CoFeB film thickness and compare the experimental results with micromagnetic simulations.Comment: 5 pages, 5 figure

Identifizierung von tumorinitiierenden Zellen in einem transgenen neuroendokrinen Magenkarzinommodell der Maus

Neuroendokrine Neoplasien (NEN) des gastro-entero-pankreatischen Systems (GEP) stellen eine Gruppe sehr heterogener Tumore dar, deren Häufigkeit aktuell zunimmt. Die einzige kurative Therapie stellt noch immer die Operation dar, jedoch werden vor allem nicht-funktionelle GEP-NEN häufig erst in metastasiertem, unresektablen Stadium diagnostiziert. Die 5-Jahres-Überlebensrate von GEP-NEN-Patienten beträgt in Deutschland 33 %. Aufgrund dieser Tatsachen ist es wichtig, neue zielgerichtete Therapien zu entwickeln, um GEP-NEN bereits im Ursprung zu bekämpfen. Als Tumormodell eines neuroendokrinen Magenkarzinoms wurde in dieser Arbeit das transgene CEA424-SV40-T-Antigen-Mausmodell ausgewählt. Bisher konnten in diesem Modell keine Lgr5-exprimierenden Tumorzellen als mögliche Abkömmlinge von LGR5positiven Pylorusstammzellen nachgewiesen werden. Somit bleibt die Frage nach der Ursprungszelle in diesem Modell unbeantwortet. Die Tumorstammzelltheorie geht davon aus, dass Tumore hierarchisch organisiert sind und nur eine kleine Anzahl sogenannter Tumorstammzellen (CSC) die Eigenschaften zur Tumorbildung besitzt und das Wachstum des Tumors aufrechterhält. Diese CSC sind in der Lage, zu proliferieren, zu differenzieren und weisen sich durch ihre hohe Resistenz gegenüber Chemotherapeutika und Bestrahlung aus. Ziel dieser Arbeit war es, die Karzinome dieses Modells zu phänotypisieren, potentielle Ursprungszellen und Tumorstammzellen dieses Karzinoms zu identifizieren sowie diese zu charakterisieren. Zur Charakterisierung der Ursprungszelle dieses Modells wurden Kryoschnitte der Magenkarzinome angefertigt und diese immunhistochemisch auf die Expression von c-KIT und PDGFRA hin überprüft. Beide Proteine stellen Marker für Zelltypen dieses Magenbereichs dar, die als Ursprungszellen in Frage kommen. Um des Weiteren potentielle CSC-Populationen zu charakterisieren, ist die Kenntnis von Markern für CSC unabdingbar. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden CSC-Kandidatenmarker auf von CEA424-TAg-Magenkarzinomen abgeleiteten Tumorzellen (mGC-Zellen) mittels Transkriptomanalyse und Durchflusszytometrie identifiziert und Marker-positive Subpopulationen von Tumorzellen auf Stammzelleigenschaften hin in vitro und in vivo untersucht. In vitro konnte eine CXCR4-positive Subpopulation (mGC3 0,4 %; mGC8 0,3 %) innerhalb der mGC-Zellen identifiziert werden. Diese CXCR4-positive Subpopulation zeigte in vivo eine erhöhte Proliferationskapazität bei subkutaner Injektion in syngene Mäuse. Für eine CXCR4-positive tumorinitiierende Subpopulation sprach außerdem die signifikante Anreicherung CXCR4-positiver Zellen unter Einfluss verschiedener Chemotherapeutika. Langfristig erhoffen wir uns von der Kenntnis der Ursprungszelle des neuroendokrinen Magenkarzinoms sowie der Charakterisierung der Tumorstammzellen die Entwicklung zielgerichteter Wirkstoffe und damit Erfolge bei dessen Therapie

Identifizierung von tumorinitiierenden Zellen in einem transgenen neuroendokrinen Magenkarzinommodell der Maus

Neuroendokrine Neoplasien (NEN) des gastro-entero-pankreatischen Systems (GEP) stellen eine Gruppe sehr heterogener Tumore dar, deren Häufigkeit aktuell zunimmt. Die einzige kurative Therapie stellt noch immer die Operation dar, jedoch werden vor allem nicht-funktionelle GEP-NEN häufig erst in metastasiertem, unresektablen Stadium diagnostiziert. Die 5-Jahres-Überlebensrate von GEP-NEN-Patienten beträgt in Deutschland 33 %. Aufgrund dieser Tatsachen ist es wichtig, neue zielgerichtete Therapien zu entwickeln, um GEP-NEN bereits im Ursprung zu bekämpfen. Als Tumormodell eines neuroendokrinen Magenkarzinoms wurde in dieser Arbeit das transgene CEA424-SV40-T-Antigen-Mausmodell ausgewählt. Bisher konnten in diesem Modell keine Lgr5-exprimierenden Tumorzellen als mögliche Abkömmlinge von LGR5positiven Pylorusstammzellen nachgewiesen werden. Somit bleibt die Frage nach der Ursprungszelle in diesem Modell unbeantwortet. Die Tumorstammzelltheorie geht davon aus, dass Tumore hierarchisch organisiert sind und nur eine kleine Anzahl sogenannter Tumorstammzellen (CSC) die Eigenschaften zur Tumorbildung besitzt und das Wachstum des Tumors aufrechterhält. Diese CSC sind in der Lage, zu proliferieren, zu differenzieren und weisen sich durch ihre hohe Resistenz gegenüber Chemotherapeutika und Bestrahlung aus. Ziel dieser Arbeit war es, die Karzinome dieses Modells zu phänotypisieren, potentielle Ursprungszellen und Tumorstammzellen dieses Karzinoms zu identifizieren sowie diese zu charakterisieren. Zur Charakterisierung der Ursprungszelle dieses Modells wurden Kryoschnitte der Magenkarzinome angefertigt und diese immunhistochemisch auf die Expression von c-KIT und PDGFRA hin überprüft. Beide Proteine stellen Marker für Zelltypen dieses Magenbereichs dar, die als Ursprungszellen in Frage kommen. Um des Weiteren potentielle CSC-Populationen zu charakterisieren, ist die Kenntnis von Markern für CSC unabdingbar. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden CSC-Kandidatenmarker auf von CEA424-TAg-Magenkarzinomen abgeleiteten Tumorzellen (mGC-Zellen) mittels Transkriptomanalyse und Durchflusszytometrie identifiziert und Marker-positive Subpopulationen von Tumorzellen auf Stammzelleigenschaften hin in vitro und in vivo untersucht. In vitro konnte eine CXCR4-positive Subpopulation (mGC3 0,4 %; mGC8 0,3 %) innerhalb der mGC-Zellen identifiziert werden. Diese CXCR4-positive Subpopulation zeigte in vivo eine erhöhte Proliferationskapazität bei subkutaner Injektion in syngene Mäuse. Für eine CXCR4-positive tumorinitiierende Subpopulation sprach außerdem die signifikante Anreicherung CXCR4-positiver Zellen unter Einfluss verschiedener Chemotherapeutika. Langfristig erhoffen wir uns von der Kenntnis der Ursprungszelle des neuroendokrinen Magenkarzinoms sowie der Charakterisierung der Tumorstammzellen die Entwicklung zielgerichteter Wirkstoffe und damit Erfolge bei dessen Therapie

Strain-gradient-induced magnetic anisotropy in straight-stripe mixed-phase bismuth ferrites: An insight into flexomagnetic phenomenon

Implementation of antiferromagnetic compounds as active elements in spintronics has been hindered by their insensitive nature against external perturbations which causes difficulties in switching among different antiferromagnetic spin configurations. Electrically-controllable strain gradient can become a key parameter to tune the antiferromagnetic states of multiferroic materials. We have discovered a correlation between an electrically-written straight-stripe mixed-phase boundary and an in-plane antiferromagnetic spin axis in highly-elongated La-5%-doped BiFeO$_{3}$ thin films by performing polarization-dependent photoemission electron microscopy in conjunction with cluster model calculations. Model Hamiltonian calculation for the single-ion anisotropy including the spin-orbit interaction has been performed to figure out the physical origin of the link between the strain gradient present in the mixed phase area and its antiferromagnetic spin axis. Our findings enable estimation of the strain-gradient-induced magnetic anisotropy energy per Fe ion at around 5$\times$10$^{-12}$ eV m, and provide a new pathway towards an electric-field-induced 90$^{\circ}$ rotation of antiferromagnetic spin axis at room temperature by flexomagnetism.Comment: 32 pages, 5 figure

Pallasite paleomagnetism: Quiescence of a core dynamo

Recent paleomagnetic studies of two Main Group pallasites, the Imilac and Esquel, have found evidence for a strong, late-stage magnetic field on the parent body. It has been hypothesized that this magnetic field was generated by a core dynamo, driven by compositional convection during core solidification. Cooling models suggest that the onset of core solidification occurred ∼200 Ma after planetary accretion. Prior to core solidification, a core dynamo may have been generated by thermal convection; however a thermal dynamo is predicted to be short-lived, with a duration of ∼10 Ma to ∼40 Ma after planetary accretion. These models predict, therefore, a period of quiescence between the thermally driven dynamo and the compositionally driven dynamo, when no core dynamo should be active. To test this hypothesis, we have measured the magnetic remanence recorded by the Marjalahti and Brenham pallasites, which based on cooling-rate data locked in any magnetic field signals present ∼95 Ma to ∼135 Ma after planetary accretion, before core solidification began. The cloudy zone, a region of nanoscale tetrataenite islands within a Fe-rich matrix was imaged using X-ray photoemission electron microscopy. The recovered distribution of magnetisation within the cloudy zone suggests that the Marjalahti and Brenham experienced a very weak magnetic field, which may have been induced by a crustal remanence, consistent with the predicted lack of an active core dynamo at this time. We show that the transition from a quiescent period to an active, compositionally driven dynamo has a distinctive paleomagnetic signature, which may be a crucial tool for constraining the time of core solidification on differentiated bodies, including Earth.We acknowledge the Helmholtz-Zentrum Berlin for the use of the synchrotron radiation beam time at beamline UE49 of BESSY II. The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union’s Seventh Framework Programme (FP/2007-2013)/ERC grant agreement numbers 320750 and 312284, and the Natural Environment Research Council. We thank the Natural History Museum, London for samples.This is the final version of the article. It first appeared from Elsevier via https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.02.03

Retrieving spin textures on curved magnetic thin films with full-field soft X-ray microscopies

X-ray tomography is a well-established technique to characterize 3D structures in material sciences and biology; its magnetic analogue--magnetic X-ray tomography--is yet to be developed. Here we demonstrate the visualization and reconstruction of magnetic domain structures in a 3D curved magnetic thin films with tubular shape by means of full-field soft X-ray microscopies. The 3D arrangement of the magnetization is retrieved from a set of 2D projections by analysing the evolution of the magnetic contrast with varying projection angle. Using reconstruction algorithms to analyse the angular evolution of 2D projections provides quantitative information about domain patterns and magnetic coupling phenomena between windings of azimuthally and radially magnetized tubular objects. The present approach represents a first milestone towards visualizing magnetization textures of 3D curved thin films with virtually arbitrary shape

Imaging of buried 3D magnetic rolled-up nanomembranes

Increasing performance and enabling novel functionalities of microelectronic devices, such as three-dimensional (3D) on-chip architectures in optics, electronics, and magnetics, calls for new approaches in both fabrication and characterization. Up to now, 3D magnetic architectures had mainly been studied by integral means without providing insight into local magnetic microstructures that determine the device performance. We prove a concept that allows for imaging magnetic domain patterns in buried 3D objects, for example, magnetic tubular architectures with multiple windings. The approach is based on utilizing the shadow contrast in transmission X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) photoemission electron microscopy and correlating the observed 2D projection of the 3D magnetic domains with simulated XMCD patterns. That way, we are not only able to assess magnetic states but also monitor the field-driven evolution of the magnetic domain patterns in individual windings of buried magnetic rolled-up nanomembranes