X射线磁性圆二色性：在正确的光线下观察磁铁

磁性纳米结构长期以来一直是我们日常生活的一部分，例如，以快速紧凑的数据存储设备或高灵敏度传感器的形式出现。一种特殊的测量方法对理解许多相关的磁效应和功能做出了重大贡献：X射线磁圆二色性(XMCD)。

这个令人印象深刻的术语描述了光与物质之间相互作用的基本效应：在铁磁材料中，存在具有一定角动量(自旋)的电子不平衡。如果一个人通过铁磁体照射圆偏振光，它也具有定义的角动量，则可以观察到两个角动量的平行或反平行对齐的明显透射差异 - 所谓的二色性。

当考虑过渡金属(如铁、镍或钴)以及稀土(如镝或钆)的元素特定吸收边缘时，这种磁性起源的圆二色性在软X射线区域(光粒子的200至2000eV能量，仅对应于6至0.6nm的波长)中尤为明显。

这些元素对于磁效应的技术应用尤为重要。XMCD效应允许精确确定各个元素的磁矩，即使在材料的埋层中，也不会损坏样品系统。如果圆偏振软X射线辐射以非常短的飞秒到皮秒(ps)脉冲出现，甚至可以在相关时间尺度上监测超快磁化过程。

到目前为止，只有在同步加速器辐射源或自由电子激光器(FL)等科学大型设施中才能获得所需的X射线辐射，因此受到严重限制。

柏林Max Born研究所(MBI)的初级研究小组负责人Daniel Schick周围的一组研究人员现在首次成功地在激光实验室中以约700 eV的光子能量在铁的吸收L边缘实现了XMCD实验。激光驱动的等离子体源用于产生所需的软X射线，方法是将非常短(2 ps)和强(每脉冲200 mJ)的光学激光脉冲聚焦到钨圆柱体上。

因此，产生的等离子体在200-2000 eV的相关光谱范围内以小于10 ps的脉冲持续时间连续发射大量光。然而，由于等离子体中的随机生成过程，没有满足观察XMCD的一个非常重要的要求——软X射线光的偏振不是圆形的，而是完全随机的，类似于灯泡的偏振。

因此，研究人员使用了一个技巧：X射线首先通过磁偏振滤光片，其中与上述相同的XMCD效应是活跃的。由于偏振依赖性二向色透射，可以产生平行与反平行角动量相对于滤光片磁化强度的光粒子不平衡。通过偏振滤光片后，部分圆偏振或椭圆偏振软X射线可用于磁性样品的实际XMCD实验。

这项工作发表在《光学》杂志上，表明基于激光的X射线源正在赶上大型设施。

“我们产生圆偏振软X射线的概念不仅非常灵活，而且由于我们光源的宽带性质，也部分优于XMCD光谱学中的传统方法，”该研究的第一作者和MBI的博士生Martin Borchert说。特别是，已经证明的仅几皮秒的X射线脉冲的脉冲持续时间为观察并最终了解非常快的磁化过程开辟了新的可能性，例如，当由超短闪光触发时。

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