磁與光相互作用？實現用光精確探測磁性！

利用極紫外輻射探測磁性材料，可以獲得磁性系統與光相互作用的詳細微觀圖像——這是操縱磁性材料的最快方法。由Max Born研究所領導的一個研究小組現在已經為解釋這種光譜信號提供了實驗和理論基礎，其研究結果發表在《物理評論快報》上。研究光和物質之間的相互作用是幫助物理學家理解微觀世界最有力的方法之一。

在磁性材料中，光譜學可以獲得豐富信息，其中單個光粒子(光子)的能量將內層電子提升到更高能量。這是因為這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，並使科學家能夠理解不同成分的作用和相互作用。這種實驗技術被稱為x射線磁圓二色性(XMCD)光譜學，在20世紀80年代末被首創，通常需要一個大型設備——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衝的響應情況(這是確定控制磁性材料的最快方法)，近年來已經有了在極紫外(XUV)光譜範圍內傳輸超短脈衝的小規模實驗室源。XUV光子能量較低，激發材料中束縛較弱的電子，對根據材料中潛在的磁化強度解釋產生光譜提出了新挑戰。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大學的研究人員現在提供了關於XUV光子磁光響應的詳細分析。

把實驗和從頭算結合起來，從頭算只把原子的類型和在材料中的排列作為輸入信息。對於典型磁性元素鐵、鈷和鎳，能夠詳細測量這些材料對XUV輻射的響應。科學家們發現，觀測到的信號並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，這種偏差在理論上可以重現。提供理論描述的Sangeeta Sharma解釋說：局域電場效應可以理解為材料中電荷的短暫重新排列，這是由用於研究XUV輻射的電場引起。

在解釋光譜時，必須考慮系統對這種擾動的響應。這種新見解現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：由於大多數功能性磁性材料是由幾個元素組成，因此對這類材料的研究至關重要，尤其是當我們對用激光脈衝操縱時更複雜的動態響應。結合實驗和理論，現在準備研究如何利用動態微觀過程來達到預期的效果，比如在很短的時間內改變磁化強度。這是基礎和應用的利益。

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

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.217202

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