探測具有極紫外輻射的磁性材料可以獲得磁系統(tǒng)如何與光相互作用的詳細(xì)顯微圖像 - 這是操縱磁性材料的最快方法。由Max Born研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組現(xiàn)在提供了解釋這種光譜信號的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。結(jié)果發(fā)表在Physical Review Letters上。

研究光與物質(zhì)之間的相互作用是幫助物理學(xué)家理解微觀世界的最有力方法之一。在磁性材料中，可以通過光學(xué)光譜檢索大量信息，其中各個光粒子的能量 - 光子 - 促進(jìn)內(nèi)殼電子到更高的能量。這是因?yàn)檫@種方法允許分別為磁性材料中的不同類型的原子獲得磁性，并使科學(xué)家能夠理解不同成分的作用和相互作用。這種稱為X射線磁圓二色譜(XMCD)光譜的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在20世紀(jì)80年代后期開創(chuàng)性地通常需要大規(guī)模設(shè)施 - 同步輻射源或X射線激光器。

為了研究磁化如何響應(yīng)超短激光脈沖 - 確定性地控制磁性材料的最快方法 - 近年來，小型實(shí)驗(yàn)室光源已經(jīng)可以在極紫外(XUV)光譜范圍內(nèi)提供超短脈沖。低能量的XUV光子在材料中激發(fā)不太強(qiáng)烈束縛的電子，對于根據(jù)材料中的基礎(chǔ)磁化來解釋所得光譜提出了新的挑戰(zhàn)。

來自柏林Max Born研究所的研究人員團(tuán)隊(duì)以及瑞典哈勒和烏普薩拉大學(xué)Max-Planck微結(jié)構(gòu)物理研究所的研究人員現(xiàn)已詳細(xì)分析了XUV光子的磁光響應(yīng)。他們將實(shí)驗(yàn)與從頭計(jì)算結(jié)合起來，這些計(jì)算僅將原子類型及其在材料中的排列作為輸入信息。對于原型磁性元素鐵，鈷和鎳，它們能夠詳細(xì)測量這些材料對XUV輻射的響應(yīng)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，觀測到的信號不僅僅與各個元素的磁矩成正比，而且當(dāng)考慮所謂的局部場效應(yīng)時(shí)，這種偏差在理論上再現(xiàn)。Sangeeta Sharma提供了理論描述，

現(xiàn)在，這種新的見解允許定量地解開來自一種材料中的不同元素的信號。“由于大多數(shù)功能性磁性材料由多種元素組成，這種理解對于研究這些材料至關(guān)重要，特別是當(dāng)我們對用激光脈沖操縱它們時(shí)更復(fù)雜的動態(tài)響應(yīng)感興趣時(shí)，”Felix Willems強(qiáng)調(diào)說，研究。“結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論，我們現(xiàn)在準(zhǔn)備研究如何利用動態(tài)微觀過程來達(dá)到預(yù)期的效果，例如在非常短的時(shí)間內(nèi)切換磁化強(qiáng)度。這既是基本的，也是應(yīng)用的興趣。”