Forschung

Millionenfach schnellerer Wechsel von zirkular polarisierten Lichtpulsen

02.04.2020 - Two-Orbit-Modus von BESSY II ermöglicht schnelle Umschaltung der Helizität.

Am Speicherring BESSY II hat ein Forscherteam gezeigt, wie sich die Helizität von zirkular polari­sierter Synchrotron­strahlung schneller umschalten lässt – und zwar bis zu einer Million Mal schneller als bisher. Die Wissen­schaftler nutzten dazu einen am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie entwickelten elliptischen Doppel-Undulator und betrieben den Speicherring im Two-Orbit-Modus. Das ist eine besondere Betriebsart, die erst vor kurzem an BESSY II entwickelt wurde und die Basis für die schnelle Umschaltung liefert. Der ultra­schnelle Wechsel der Licht­helizität ist vor allem für Unter­suchungen von Prozessen in magnetischen Materialien interessant und wird schon seit langem von einer großen Nutzer­gemeinde erwartet.

Mit speziellen elliptischen Undulatoren lassen sich In Synchrotron-Strahlungs­quellen wie BESSY II linear, aber auch zirkular polari­sierte Licht­pulse erzeugen. Magnetische Strukturen in Materialien reagieren unter­schiedlich auf zirkular polari­siertes Licht: Je nachdem, ob die Helizität der Röntgen­pulse rechts- oder links­drehend ist, absorbieren sie die Strahlung mehr oder weniger. Das nutzt man seit den 1980er Jahren aus, um statische und dynamische Veränderungen in magnetischen Materialien zu unter­suchen und magnetische Nano­strukturen auf Ober­flächen abzubilden.

Insbesondere für solche abbildenden Verfahren wünscht sich die Nutzer­gemeinde an Synchrotron-Strahlungs­quellen seit langem die Möglichkeit die Helizität des Lichts schnell umzuschalten, vor Allem, weil sich daraus direkt ein magnetischer Bild­kontrast ergibt, der etwa Bits in magnetischen Daten­speichern sichtbar und quanti­fi­zierbar macht. In den für BESSY II typischen elliptischen Undulatoren wird die Helizität des Lichtes durch eine mechanische Verschiebung von meter­langen Anordnungen von starken Permanent­magneten geschaltet, ein Vorgang, der teil­weise Minuten dauert.

Die neue Methode basiert dagegen auf der Kombination solcher Undulatoren mit einem speziellen Orbit des Elektronen­strahls im Speicher­ring, der durch „trans­verse resonance island buckets“, kurz TRIBs, erzeugt wird. Während der Weg der Elektronen im Speicher­ring sich normaler­weise nach einem Umlauf schließt, laufen im TRIBs-Modus die Elektronen bei aufein­ander­folgenden Umläufen auf verschiedenen Bahnen und können so Röntgen­pulse von jeweils anderen Magnet­feld­anordnungen emittieren.

Dass dieses Verfahren tatsächlich funktioniert, konnten HZB-Forscher kürzlich mit Hilfe des vorhandenen Doppel-Undulators UE56-2 bei BESSY II im Rahmen eines Pilot­experiments zeigen: Beim Durch­gang durch eine speziell vorbereitete Magnet­anordnung des Doppel-Undulators gaben in der Tat die Elektronen­pakete aus unter­schied­lichen Bahnen im TRIBs-Modus Röntgen­photonen mit derselben Wellen­länge aber entgegen­gesetzter zirkularer Polari­sation ab. Dadurch können nun prinzi­piell Signale von magnetischen Proben im Zeit­abstand von nur einer Mikro­sekunde mit abwechselnd rechts- und dann links­zirkular polari­sierten Licht­pulsen unter­sucht werden. Im Pilot­experiment wurden die Signale von einer magnetischen Probe von Umlauf zu Umlauf detektiert und der schnelle Helizitäts­wechsel konnte eindeutig nach­ge­wiesen werden. Mit neuen, für diesen Zweck maß­geschnei­derten Undulatoren könnten bei BESSY II im TRIBs-Modus spezielle Beamlines mit ultra­schnellem Helizitäts­wechsel angeboten werden. Perspek­tivisch sind sogar Wechsel im Nano­sekunden­abstand denkbar.

HZB / RK

Weitere Infos

 

Die äußerst leisen, kompakten, ölfreien Pumpen

Die Modelle der neuen Scrollpumpenbaureihe HiScroll von Pfeiffer Vacuum sind ölfreie, hermetisch dichte Vakuumpumpen. Die kompakte Bauweise sowie leiser und vibrationsarmer Betrieb zeichnen die Neuentwicklungen besonders aus.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum in 3D!

 

HiScroll FunktionsVideo

 

Erfahren Sie mehr über die neue HiScroll Vakuumpumpe

Newsletter

Die Physik in Ihrer Mailbox – abonnieren Sie hier kostenlos den pro-physik.de Newsletter!

Einen Schritt weiterdenken – die neue Generation der Scrollpumpen:


Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von
Pfeiffer Vacuum.

 

Erfahren Sie mehr über die HiScroll Vakuumpumpen

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen