Elétrons em órbitas diferentes durante as três revoluções (azul, vermelho e verde) passam por diferentes arranjos de campo magnético e, portanto, emitem pulsos de raios-X polarizados de maneira diferente. Em comparação, a órbita regular (preto). Crédito:F. Armborst / K. Holldack
No anel de armazenamento BESSY II, uma equipe conjunta de físicos de aceleradores, Experimentadores e especialistas em onduladores mostraram como a helicidade da radiação síncrotron circularmente polarizada pode ser trocada mais rápido - até um milhão de vezes mais rápido do que antes. Eles usaram um ondulador duplo elíptico desenvolvido no HZB e operaram o anel de armazenamento no chamado modo de duas órbitas. Este é um modo especial de operação que foi desenvolvido recentemente na BESSY II e fornece a base para uma comutação rápida. A mudança ultrarrápida da helicidade leve é particularmente interessante para observar processos em materiais magnéticos e tem sido esperada por uma grande comunidade de usuários.
Em fontes de radiação síncrotron, como BESSY II, feixes de elétrons orbitam o anel de armazenamento quase à velocidade da luz. Eles são forçados a emitir pulsos de luz extremamente brilhantes com propriedades especiais por estruturas magnéticas periódicas (onduladores).
Onduladores elípticos também podem ser usados para gerar pulsos de luz polarizados circularmente, que exibem um recurso chamado helicidade:a polarização vai no sentido horário ou anti-horário. Estruturas magnéticas em materiais reagem de maneira diferente à luz circularmente polarizada:Dependendo da helicidade dos pulsos de raios-X, eles mais ou menos absorvem essa radiação.
Desde a década de 1980, isso foi explorado nos chamados experimentos de XMCD (Dicroísmo Circular de Raios X) para investigar mudanças estáticas e dinâmicas em materiais magnéticos ou para obter imagens de nanoestruturas magnéticas em superfícies.
Especialmente para essas técnicas de imagem, a comunidade de usuários em fontes de radiação síncrotron há muito deseja a possibilidade de mudar rapidamente a helicidade da luz, principalmente porque isso resulta diretamente em um contraste de imagem magnética que torna os bits em dispositivos de armazenamento de dados magnéticos visíveis e quantificáveis.
Uma imagem de raios-X do feixe de elétrons no modo TRIB, onde duas órbitas coexistem:a órbita regular e a segunda girando em torno dela fechando apenas após três revoluções. Crédito:F. Armborst / K. Holldack / HZB
Nos onduladores elípticos típicos para BESSY II (APPLE II), desenvolvido pelo grupo em torno de Johannes Bahrdt, a helicidade da luz é trocada por um deslocamento mecânico de arranjos de um metro de comprimento de fortes ímãs permanentes, um processo que às vezes leva até minutos.
O novo método, Contudo, baseia-se na combinação de tais onduladores com uma órbita especial do feixe de elétrons no anel de armazenamento - gerado pelos chamados TRIBs (baldes de ilha de ressonância transversal). TRIBs foram explorados experimentalmente pelo especialista em aceleradores Dr. Paul Goslawski em BESSY II. Embora o caminho dos elétrons no anel de armazenamento normalmente feche após uma órbita, no modo TRIBs, os elétrons correm em órbitas diferentes durante órbitas sucessivas e podem, portanto, emitir pulsos de raios-X de diferentes configurações de campo magnético, sugeriu o Dr. Karsten Holldack e o Dr. Johannes Bahrdt.
Eles puderam recentemente mostrar que sua ideia realmente funciona com a ajuda do ondulador duplo UE56-2 existente em BESSY II em um experimento piloto:Ao passar por um arranjo magnético especialmente preparado deste ondulador duplo, os feixes de elétrons de diferentes órbitas no modo TRIBs emitiram fótons de raios-X com o mesmo comprimento de onda, mas com polarização circular oposta.
Assim, em princípio, Os sinais XMCD de amostras magnéticas agora podem ser estudados em intervalos de apenas 1 microssegundo com pulsos de luz polarizados circularmente à direita e depois à esquerda. No experimento piloto, os sinais XMCD de uma amostra magnética (níquel em permalloy) foram detectados de revolução em revolução e a rápida mudança de helicidade (MHz) pôde ser claramente demonstrada. Com novos onduladores adaptados para este fim, Linhas de luz especiais com mudança de helicidade ultrarrápida podem ser oferecidas no BESSY II no modo TRIBs. Em última análise, os tempos de comutação podem diminuir para nanossegundos.
"Estamos muito satisfeitos que o desenvolvimento de Two-Orbit / TRIBs já permite novos experimentos em BESSY II", Goslawski diz. Esta também seria uma opção atraente para BESSY III. Os resultados já foram publicados em Nature Communications Physics .
