Electrones en diferentes órbitas durante las tres revoluciones (azul, rojo y verde) pasan a través de diferentes disposiciones de campo magnético y, por lo tanto, emiten pulsos de rayos X con polarización diferente. En comparación con la órbita regular (negra). Crédito:F. Armborst / K. Holldack
En el anillo de almacenamiento BESSY II, un equipo conjunto de físicos de aceleradores, Los expertos en onduladores y experimentadores han demostrado cómo la helicidad de la radiación de sincrotrón polarizada circularmente se puede cambiar más rápido, hasta un millón de veces más rápido que antes. Utilizaron un ondulador doble elíptico desarrollado en HZB y operaron el anillo de almacenamiento en el llamado modo de dos órbitas. Este es un modo de funcionamiento especial que se desarrolló recientemente en BESSY II y proporciona la base para una conmutación rápida. El cambio ultrarrápido de la helicidad de la luz es particularmente interesante para observar procesos en materiales magnéticos y ha sido esperado durante mucho tiempo por una gran comunidad de usuarios.
En fuentes de radiación de sincrotrón como BESSY II, los racimos de electrones orbitan el anillo de almacenamiento casi a la velocidad de la luz. Se ven obligados a emitir pulsos de luz extremadamente brillantes con propiedades especiales por estructuras magnéticas periódicas (onduladores).
Los onduladores elípticos también se pueden utilizar para generar pulsos de luz polarizados circularmente, que muestran una característica llamada helicidad:la polarización va en sentido horario o antihorario. Las estructuras magnéticas en los materiales reaccionan de manera diferente a la luz polarizada circularmente:Dependiendo de la helicidad de los pulsos de rayos X, absorben más o menos esta radiación.
Desde la década de 1980, esto se ha aprovechado en los llamados experimentos XMCD (dicroísmo circular de rayos X) para investigar cambios estáticos y dinámicos en materiales magnéticos o para obtener imágenes de nanoestructuras magnéticas en superficies.
Especialmente para tales técnicas de imagen, la comunidad de usuarios de fuentes de radiación de sincrotrón ha deseado durante mucho tiempo la posibilidad de cambiar rápidamente la helicidad de la luz, principalmente porque esto da como resultado directamente un contraste de imagen magnética que hace que los bits de los dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos sean visibles y cuantificables.
Una imagen de rayos X del haz de electrones en modo TRIB donde coexisten dos órbitas:la órbita regular y la segunda que gira a su alrededor y se cierra solo después de tres revoluciones. Crédito:F. Armborst / K. Holldack / HZB
En los onduladores elípticos típicos de BESSY II (APPLE II), desarrollado por el grupo alrededor de Johannes Bahrdt, la helicidad de la luz es cambiada por un desplazamiento mecánico de arreglos de un metro de largo de fuertes imanes permanentes, un proceso que a veces tarda unos minutos.
El nuevo método sin embargo, se basa en la combinación de estos onduladores con una órbita especial del haz de electrones en el anillo de almacenamiento, generado por los llamados TRIB (cubos de isla de resonancia transversal). Los TRIB han sido explorados experimentalmente por el experto en aceleradores Dr. Paul Goslawski en BESSY II. Mientras que el camino de los electrones en el anillo de almacenamiento normalmente se cierra después de una órbita, en el modo TRIB, los electrones corren en diferentes órbitas durante órbitas sucesivas y, por lo tanto, pueden emitir pulsos de rayos X desde diferentes configuraciones de campo magnético, sugirió el Dr. Karsten Holldack y el Dr. Johannes Bahrdt.
Recientemente, pudieron demostrar que su idea realmente funciona con la ayuda del doble ondulador UE56-2 existente en BESSY II en un experimento piloto:al pasar a través de una disposición de imán especialmente preparada de este doble ondulador, los grupos de electrones de diferentes órbitas en modo TRIB emitieron fotones de rayos X con la misma longitud de onda pero polarización circular opuesta.
Por lo tanto, en principio, Las señales XMCD de muestras magnéticas ahora se pueden estudiar a intervalos de solo 1 microsegundo con pulsos de luz polarizados circularmente a la derecha y luego a la izquierda. En el experimento piloto, las señales XMCD de una muestra magnética (níquel en permalloy) se detectaron de revolución en revolución y se pudo demostrar claramente el rápido cambio de helicidad (MHz). Con nuevos onduladores diseñados para este propósito, Se podrían ofrecer líneas de luz especiales con cambio de helicidad ultrarrápido en BESSY II en modo TRIB. En última instancia, los tiempos de conmutación podrían reducirse a nanosegundos.
"Estamos realmente encantados de que el desarrollo de Two-Orbit / TRIBs permita ahora ya nuevos experimentos en BESSY II", Dice Goslawski. Esta también sería una opción atractiva para BESSY III. Los resultados ya se han publicado en Naturaleza Comunicaciones Física .
