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    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    利用极紫外辐射探测磁性材料,可以获得磁性系统与光相互作用的详细微观图像——这是操纵磁性材料的最快方法。由Max Born研究所领导的一个研究小组现在已经为解释这种光谱信号提供了实验和理论基础,其研究结果发表在《物理评论快报》上。研究光和物质之间的相互作用是帮助物理学家理解微观世界最有力的方法之一。

    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    在磁性材料中,光谱学可以获得丰富信息,其中单个光粒子(光子)的能量将内层电子提升到更高能量。这是因为这样的方法可以分别获得磁性材料中不同类型原子的磁性性质,并使科学家能够理解不同成分的作用和相互作用。这种实验技术被称为x射线磁圆二色性(XMCD)光谱学,在20世纪80年代末被首创,通常需要一个大型设备——同步加速器辐射源或x射线激光器。

    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    为了研究磁化对超短激光脉冲的响应情况(这是确定控制磁性材料的最快方法),近年来已经有了在极紫外(XUV)光谱范围内传输超短脉冲的小规模实验室源。XUV光子能量较低,激发材料中束缚较弱的电子,对根据材料中潜在的磁化强度解释产生光谱提出了新挑战。来自柏林Max Born研究所的一组研究人员与来自Halle的Max- planck -Institute for micro - Physics和瑞典Uppsala大学的研究人员现在提供了关于XUV光子磁光响应的详细分析。

    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    • (博科园-图示)测量和计算二向色性吸收部分Δβ磁钴的函数,包括局域场效应(LFE)和多体校正,使完全从头算理论与实验吻合得很好。图片:Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
    (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

    把实验和从头算结合起来,从头算只把原子的类型和在材料中的排列作为输入信息。对于典型磁性元素铁、钴和镍,能够详细测量这些材料对XUV辐射的响应。科学家们发现,观测到的信号并不简单地与各自元素的磁矩成正比,而且,如果考虑到所谓的局部磁场效应,这种偏差在理论上可以重现。提供理论描述的Sangeeta Sharma解释说:局域电场效应可以理解为材料中电荷的短暂重新排列,这是由用于研究XUV辐射的电场引起。

    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    在解释光谱时,必须考虑系统对这种扰动的响应。这种新见解现在可以定量地从一种材料的不同元素中分离出信号。该研究的第一作者Felix Willems说:由于大多数功能性磁性材料是由几个元素组成,因此对这类材料的研究至关重要,尤其是当我们对用激光脉冲操纵时更复杂的动态响应。结合实验和理论,现在准备研究如何利用动态微观过程来达到预期的效果,比如在很短的时间内改变磁化强度。这是基础和应用的利益。

    磁与光相互作用?实现用光精确探测磁性

    博科园|研究/来自:Forschungsverbund Berlin eV(FVB)

    参考期刊《物理评论快报》

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.217202

    博科园|科学、科技、科研、科普

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