Sondar materiais magnéticos com radiação ultravioleta extrema permite obter uma imagem microscópica detalhada de como os sistemas magnéticos interagem com a luz - a maneira mais rápida de manipular um material magnético. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto Max Born já forneceu a base experimental e teórica para interpretar esses sinais espectroscópicos. Os resultados foram publicados em Cartas de revisão física .

O estudo da interação entre luz e matéria é uma das formas mais poderosas de ajudar os físicos a compreender o mundo microscópico. Em materiais magnéticos, uma riqueza de informações pode ser recuperada por espectroscopia óptica, onde a energia das partículas de luz individuais - fótons - promove os elétrons da camada interna para energias mais altas. Isso ocorre porque tal abordagem permite obter as propriedades magnéticas separadamente para os diferentes tipos de átomos no material magnético e permite aos cientistas compreender o papel e a interação dos diferentes constituintes. Esta técnica experimental, chamada espectroscopia de dicroísmo circular magnético de raios-X (XMCD), foi pioneira no final dos anos 1980 e normalmente requer uma instalação de grande escala - uma fonte de radiação síncrotron ou laser de raios-X.

Para investigar como a magnetização responde a pulsos de laser ultracurtos - a maneira mais rápida de controlar deterministicamente materiais magnéticos - fontes de laboratório em menor escala tornaram-se disponíveis nos últimos anos, fornecendo pulsos ultravioleta na faixa espectral ultravioleta extrema (XUV). Fótons XUV, sendo menos enérgico, excitar elétrons com ligações menos fortes no material, apresentando novos desafios para a interpretação dos espectros resultantes em termos da magnetização subjacente no material.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Born de Berlim, juntamente com pesquisadores do Instituto Max-Planck de Física de Microestrutura em Halle e a Universidade de Uppsala, na Suécia, agora forneceram uma análise detalhada da resposta magneto-óptica para fótons XUV. Eles combinaram experimentos com cálculos ab initio, que tomam apenas os tipos de átomos e sua disposição no material como informação de entrada. Para os elementos magnéticos prototípicos de ferro, cobalto e níquel, eles foram capazes de medir a resposta desses materiais à radiação XUV em detalhes. Os cientistas descobriram que os sinais observados não são simplesmente proporcionais ao momento magnético no respectivo elemento, e que esse desvio é reproduzido em teoria quando os chamados efeitos de campo locais são levados em consideração. Sangeeta Sharma, quem forneceu a descrição teórica, explica:"Os efeitos de campo local podem ser entendidos como um rearranjo transitório da carga eletrônica no material, causada pelo campo elétrico da radiação XUV usada para a investigação. A resposta do sistema a esta perturbação deve ser levada em consideração ao interpretar os espectros. "

Este novo insight agora permite separar quantitativamente os sinais de diferentes elementos em um material. "Como a maioria dos materiais magnéticos funcionais são compostos de vários elementos, esse entendimento é crucial para estudar esses materiais, especialmente quando estamos interessados ​​na resposta dinâmica mais complexa ao manipulá-los com pulsos de laser, "diz Felix Willems, o primeiro autor do estudo. "Combinando experimento e teoria, agora estamos prontos para investigar como os processos microscópicos dinâmicos podem ser utilizados para alcançar um efeito desejado, como alternar a magnetização em uma escala de tempo muito curta. Isso é de interesse fundamental e aplicado. "