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圆偏振光脉冲的螺旋度的超快速切换

在BESSY II储存环上,由加速器物理学家,起伏器专家和实验人员组成的联合团队展示了如何更快地切换圆偏振同步加速器辐射的螺旋度,比以前快一百万倍。他们使用了由HZB开发的椭圆形双波动器,并以所谓的两轨模式运行存储环。这是一种特殊的操作模式,仅在BESSY II上最近才开发出来,为快速切换提供了基础。光螺旋度的超快速变化对于观察磁性材料中的过程特别有趣,并且长期以来一直是大型用户团体所期望的。

在诸如BESSY II之类的同步加速器辐射源中,电子束几乎以光速绕着存储环运动。周期性的磁性结构(波动器)迫使它们发出具有特殊性能的极亮的光脉冲。

椭圆形波荡器也可用于产生圆偏振光脉冲,该脉冲显示出一种称为螺旋性的特征:偏振沿顺时针或逆时针方向进行。材料中的磁性结构对圆偏振光的反应不同:根据X射线脉冲的螺旋度,它们或多或少吸收该辐射。

自1980年代以来,这种技术已在所谓的XMCD(X射线圆二色性)实验中得到利用,以研究磁性材料的静态和动态变化或对表面的磁性纳米结构进行成像。

特别是对于这种成像技术,同步加速器辐射源的用户社区一直希望能够快速切换光的螺旋度,这主要是因为这直接导致了磁性图像对比度,从而使磁性数据存储设备中的位可见且可量化。

在约翰内斯·巴尔德(Johannes Bahrdt)周围的小组开发的典型的BESSY II(APPLE II)椭圆形波荡器中,光的螺旋度是通过机械移动长达数米的强力永磁体来切换的,该过程有时需要长达数分钟的时间。

但是,新方法是基于这种起伏器与存储环中电子束特殊轨道的结合,该轨道由所谓的TRIB(横向共振岛桶)产生。BESSY II的加速器专家Paul Goslawski博士对TRIBs进行了实验研究。Karsten Holldack博士和Dr. Karsten Holldack博士和Dr. Dr. Karsten Holldack博士建议,虽然存储环中的电子路径通常在一个轨道之后关闭,但在TRIBs模式下,电子在连续的轨道中运行在不同的轨道上,因此可以发射来自不同磁场配置的X射线脉冲。约翰尼斯·巴赫特(Johannes Bahrdt)

他们最近能够在一项试验性实验中证明,他们的想法实际上是在BESSY II的现有双波荡器UE56-2的帮助下进行的:当经过这种双波荡器的特殊准备的磁体布置时,来自不同轨道的电子束 TRIBs模式发射的X射线光子具有相同的波长但具有相反的圆偏振。

因此,原则上,从磁样品XMCD信号现在可以用在只有右1微秒的间隔研究,然后左圆偏振光的光脉冲。在先导实验中,从磁性样品(坡莫合金中的镍)的XMCD信号不断地被检测到,并且可以清楚地证明快速(MHz)的螺旋度变化。通过为此目的量身定制的新型起伏器,可以在BESSY II上以TRIBs模式提供具有超快螺旋度变化的特殊束线。最终,切换时间可以缩小到纳秒。

戈斯劳斯基说:“我们非常高兴的是,双轨/ TRIBs的开发现在允许在BESSY II中进行新的实验。” 对于BESSY III来说,这也是一个有吸引力的选择。该结果现已发表在《自然通讯物理学》上。

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