El sondeo de materiales magnéticos con radiación ultravioleta extrema permite obtener una imagen microscópica detallada de cómo los sistemas magnéticos interactúan con la luz, la forma más rápida de manipular un material magnético. Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Max Born ha proporcionado el trabajo preliminar teórico y experimental para interpretar tales señales espectroscópicas. Los resultados fueron publicados en Cartas de revisión física .

El estudio de la interacción entre la luz y la materia es una de las formas más poderosas de ayudar a los físicos a comprender el mundo microscópico. En materiales magnéticos, Se puede recuperar una gran cantidad de información mediante espectroscopía óptica donde la energía de las partículas de luz individuales (fotones) promueve los electrones de la capa interna a energías más altas. Esto se debe a que dicho enfoque permite obtener las propiedades magnéticas por separado para los diferentes tipos de átomos en el material magnético y permite a los científicos comprender el papel y la interacción de los diferentes componentes. Esta técnica experimental, llamada espectroscopia de dicroísmo circular magnético de rayos X (XMCD), ha sido pionera a fines de la década de 1980 y generalmente requiere una instalación a gran escala:una fuente de radiación de sincrotrón o láser de rayos X.

Para investigar cómo la magnetización responde a pulsos de láser ultracortos, la forma más rápida de controlar de manera determinista los materiales magnéticos, en los últimos años se dispone de fuentes de laboratorio de menor escala que emiten pulsos ultracortos en el rango espectral ultravioleta extremo (XUV). Fotones XUV, siendo menos enérgico, excitar electrones menos fuertemente ligados en el material, planteando nuevos desafíos para la interpretación de los espectros resultantes en términos de la magnetización subyacente en el material.

Un equipo de investigadores del Instituto Max Born en Berlín junto con investigadores del Instituto Max-Planck de Física de Microestructuras en Halle y la Universidad de Uppsala en Suecia ahora han proporcionado un análisis detallado de la respuesta magnetoóptica para fotones XUV. Combinaron experimentos con cálculos ab initio, que toman solo los tipos de átomos y su disposición en el material como información de entrada. Para los elementos magnéticos prototípicos de hierro, cobalto y níquel, pudieron medir en detalle la respuesta de estos materiales a la radiación XUV. Los científicos encuentran que las señales observadas no son simplemente proporcionales al momento magnético en el elemento respectivo, y que esta desviación se reproduce en teoría cuando se tienen en cuenta los denominados efectos de campo local. Sangeeta Sharma, quien proporcionó la descripción teórica, explica:"Los efectos de campo local pueden entenderse como una reordenación transitoria de la carga electrónica en el material, causado por el campo eléctrico de la radiación XUV utilizada para la investigación. La respuesta del sistema a esta perturbación debe tenerse en cuenta al interpretar los espectros ".

Esta nueva información ahora permite desenredar cuantitativamente señales de diferentes elementos en un material. "Como la mayoría de los materiales magnéticos funcionales se componen de varios elementos, esta comprensión es crucial para estudiar dichos materiales, especialmente cuando estamos interesados ​​en la respuesta dinámica más compleja al manipularlos con pulsos láser, "dice Felix Willems, el primer autor del estudio. "Combinando experimento y teoría, ahora estamos listos para investigar cómo se pueden utilizar los procesos microscópicos dinámicos para lograr el efecto deseado, como cambiar la magnetización en una escala de tiempo muy corta. Esto es de interés tanto fundamental como aplicado ".