利用極紫外輻射探測磁性材料，可以獲得磁性系統(tǒng)與光相互作用的詳細(xì)微觀圖像——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(gè)研究小組現(xiàn)在已經(jīng)為解釋這種光譜信號提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，其研究結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。研究光和物質(zhì)之間的相互作用是幫助物理學(xué)家理解微觀世界最有力的方法之一。

在磁性材料中，光譜學(xué)可以獲得豐富信息，其中單個(gè)光粒子(光子)的能量將內(nèi)層電子提升到更高能量。這是因?yàn)檫@樣的方法可以分別獲得磁性材料中不同類型原子的磁性性質(zhì)，并使科學(xué)家能夠理解不同成分的作用和相互作用。這種實(shí)驗(yàn)技術(shù)被稱為x射線磁圓二色性(XMCD)光譜學(xué)，在20世紀(jì)80年代末被首創(chuàng)，通常需要一個(gè)大型設(shè)備——同步加速器輻射源或x射線激光器。

為了研究磁化對超短激光脈沖的響應(yīng)情況(這是確定控制磁性材料的最快方法)，近年來已經(jīng)有了在極紫外(XUV)光譜范圍內(nèi)傳輸超短脈沖的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室源。XUV光子能量較低，激發(fā)材料中束縛較弱的電子，對根據(jù)材料中潛在的磁化強(qiáng)度解釋產(chǎn)生光譜提出了新挑戰(zhàn)。來自柏林Max Born研究所的一組研究人員與來自Halle的Max- planck -Institute for micro - Physics和瑞典Uppsala大學(xué)的研究人員現(xiàn)在提供了關(guān)于XUV光子磁光響應(yīng)的詳細(xì)分析。

把實(shí)驗(yàn)和從頭算結(jié)合起來，從頭算只把原子的類型和在材料中的排列作為輸入信息。對于典型磁性元素鐵、鈷和鎳，能夠詳細(xì)測量這些材料對XUV輻射的響應(yīng)?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，觀測到的信號并不簡單地與各自元素的磁矩成正比，而且，如果考慮到所謂的局部磁場效應(yīng)，這種偏差在理論上可以重現(xiàn)。提供理論描述的Sangeeta Sharma解釋說：局域電場效應(yīng)可以理解為材料中電荷的短暫重新排列，這是由用于研究XUV輻射的電場引起。

在解釋光譜時(shí)，必須考慮系統(tǒng)對這種擾動的響應(yīng)。這種新見解現(xiàn)在可以定量地從一種材料的不同元素中分離出信號。該研究的第一作者Felix Willems說：由于大多數(shù)功能性磁性材料是由幾個(gè)元素組成，因此對這類材料的研究至關(guān)重要，尤其是當(dāng)我們對用激光脈沖操縱時(shí)更復(fù)雜的動態(tài)響應(yīng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論，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，比如在很短的時(shí)間內(nèi)改變磁化強(qiáng)度。這是基礎(chǔ)和應(yīng)用的利益。

博科園｜研究/來自：Forschungsverbund Berlin eV（FVB）

參考期刊《物理評論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.217202

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