圆偏振光脉冲螺旋度的超高速切换

时间:2020-04-08 21:19 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

圆偏振光脉冲螺旋度的超高速切换

在BESSY II存储环,一个由加速器物理学家、波动器专家和实验人员组成的联合团队展示了如何更快地转换圆极化同步辐射的螺旋度——比以前快一百万倍。他们使用在HZB开发的椭圆双波动器,并以所谓的双轨道模式操作存储环。这是BESSY II最近开发的一种特殊的操作模式,为快速切换提供了基础。光螺旋度的超快变化是观察磁性材料的过程中特别有趣的,这是一个大型用户社区长期以来所期待的。

在同步辐射源如BESSY II中,电子束以接近光速的速度围绕储存环运行。通过周期性的磁性结构(波动器),它们被迫发出具有特殊性质的极亮光脉冲。

椭圆波动器也可以用来产生圆偏振光脉冲,这种脉冲具有螺旋性:偏振方向可以是顺时针方向,也可以是逆时针方向。材料中的磁性结构对圆偏振光的反应不同:取决于x射线脉冲的螺旋度,它们或多或少地吸收这种辐射。

自20世纪80年代以来,这种方法被用于所谓的XMCD (x射线圆二色性)实验,以研究磁性材料的静态和动态变化,或成像表面上的磁性纳米结构。

特别是对于这样的成像技术,同步加速器辐射源的用户群体一直希望能够快速切换光的螺旋度,主要是因为这直接导致了磁成像对比度,使得磁数据存储设备中的比特位可见并可量化。

圆偏振光脉冲螺旋度的超高速切换

在BESSY II (APPLE II)典型的椭圆波状器中,由Johannes Bahrdt的团队开发,光的螺旋度通过机械位移一米长的强永磁体来改变,这个过程有时需要几分钟。

然而,这种新方法是基于这种波动器与由所谓的TRIBs(横向共振岛桶)产生的存储环中电子束的特殊轨道的结合。加速器专家Paul Goslawski博士在BESSY II上对TRIBs进行了实验研究。Karsten Holldack博士和Johannes Bahrdt博士认为,虽然电子在存储环中的路径通常在一个轨道后关闭,但在TRIBs模式下,电子在连续的轨道中运行在不同的轨道上,因此可以从不同的磁场配置中发射x射线脉冲。

他们最近能够证明他们的想法确实有效的帮助下现有的双波纹机UE56-2在贝茜II试点实验:当通过一个专门准备的磁铁这个双波纹机的安排,从不同的轨道电子串TRIBs模式发出x射线光子相同的波长,但相反的圆偏振。

因此,从原理上讲,从磁样品发出的XMCD信号现在可以用右圆偏振光脉冲和左圆偏振光脉冲以1微秒的间隔进行研究。在中试实验中,从一个磁性样品(permalloy中的镍)中检测到XMCD信号,从一个旋转到另一个旋转,可以清楚地显示出快速(MHz)螺旋度的变化。在TRIBs模式下,BESSY II可以提供具有超快螺旋度变化的特殊波束。最终,转换时间可以缩短到纳秒。

“我们真的很高兴双轨道/TRIBs的发展现在已经允许在BESSY II上进行新的实验,”Goslawski说。这对贝西三世来说也是一个有吸引力的选择。研究结果发表在《自然通讯物理学》杂志上。

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