作者:Forschungsverbund Berlin
V
(FVB) 具有两个竞争过程的散射实验示意图
软x射线束(蓝色箭头，从左至右)击中磁性样本(圆形区域)，从微观迷宫般的磁化模式中散射出来
在这个过程中，x射线光子首先被钴3p核心电子(a)吸收
由此产生的激发态可以自发弛豫(b)，向新的方向发射光子(紫色箭头)
这种散射光被记录为实验中感兴趣的信号
然而，如果另一个x射线光子遇到一个已经被激发的状态，就会发生受激发射(c)
这里，两个相同的光子沿入射光束的方向发射(蓝色箭头向右)
这种光只携带很少的样品磁化信息，并且由于实际原因通常被阻挡
信用:MBI柏林 自由电子x光激光传送强烈的超短脉冲x光，可用于一次成像纳米尺度的物体
当x光的波长被调整到电子共振时，磁化模式就可以显现出来
然而，当使用越来越强的脉冲时，磁化图像逐渐消失
共振磁散射强度损失的机制现在已经被阐明
就像在闪光摄影中一样，短而强烈的x光闪光可以用来记录图像或x光衍射图案，它们“冻结”比x光脉冲持续时间更慢的运动
x光相对于可见光的优点是，由于x光的波长很短，可以分辨出纳米级的物体
此外，如果x光的波长被调整到对应于电子跃迁的特定能量，研究人员可以产生独特的对比度，例如，使材料内不同区域的磁化强度可见
然而，当脉冲中的x光强度增加时，从磁畴图案散射的x光的比例减少
虽然在2012年自由电子x光激光记录的第一批磁畴图像中观察到了这种效应，但已经提出了各种解释来解释散射x光强度的这种损失
来自MBI柏林的一组研究人员与来自意大利和法国的同事一起，现在已经精确地记录了共振磁散射强度与单位面积入射的x光强度(“通量”)之间的关系
通过集成一个设备来检测每次击中实际样品区域的单次照射的强度，他们能够以前所未有的精度记录三个数量级的散射强度，尽管击中微小样品的x光束在每次照射之间存在固有的变化
软x光实验是在意大利的里雅斯特的费米自由电子x光激光器上进行的
两种不同软x射线脉冲持续时间的磁散射信号的注量依赖性
在受激发射的情况下，这导致了在CO2-价跃迁时类似的注量依赖性，在这种表示中，两条曲线预期是重合的
相反，更长的120飞秒脉冲导致明显更低的散射
这可以通过只考虑软x射线束本身引起的超快退磁的模型来很好地解释(实线、阴影区域代表模型的不确定性)
信用:MBI柏林 磁化是一种直接与材料的电子耦合的性质，电子通过自旋和轨道运动构成磁矩
在他们的实验中，研究人员使用了在含钴多层膜中形成的铁磁畴图案，这是一种在x光激光的磁散射实验中经常使用的原型材料
在与x光的相互作用中，电子的数量受到干扰，能级可以改变
这两种效应都可能导致散射的减少，要么是由于具有不同自旋的电子的重新洗牌而导致材料中实际磁化强度的瞬时减少，要么是由于能级的移动而不再能够检测到磁化强度
此外，在大约100飞秒的脉冲期间，在高x光流下受激发射的开始是否是散射强度损失的原因，这一点一直存在争议
后一种情况的机制是由于在受激发射中，发射光子的方向是从入射光子复制而来的
因此，发射的x光光子不会对从原始方向散射出去的光束产生影响，如图1所示
一个
在《物理评论快报》上发表的结果中，研究人员表明，虽然过去与CO2核心能级共振时的磁散射损失归因于受激辐射，但对于与较浅的CO2核心能级共振时的散射，这一过程并不显著
通过简单地考虑每个磁畴内发生的实际退磁，可以很好地描述整个能流范围内的实验数据，MBI的研究人员先前已经用基于激光的实验对其进行了表征
考虑到约四分之一飞秒的Co 3p核能级的短寿命(主要由俄歇衰变决定)，俄歇级联产生的热电子与随后的电子散射事件一起可能导致自旋上升和自旋下降电子的重新洗牌，从而瞬时淬灭磁化
由于这种降低的磁化强度在所用的x光脉冲(70和120飞秒)的持续时间内表现出来，并持续更长的时间，x光脉冲的后半部分与磁化强度实际上已经消失的磁畴图案相互作用
这与在较短的脉冲持续时间内用相同数量的x光光子撞击磁性样品时观察到的磁性散射减少较少的观察结果一致(图
2)
相比之下，如果受激辐射是主要的机制，则相反的行为是可以预期的
除了阐明起作用的机制之外，这些发现对自由电子x光激光下磁性材料的未来单次实验有重要的影响
与结构生物学中的情况类似，在结构生物学中，强x光激光脉冲对蛋白质分子的成像可能会受到脉冲期间分子破坏的阻碍，研究磁性纳米结构的研究人员也必须在实验中明智地选择注量和脉冲持续时间
随着共振磁散射的能量密度依赖性被绘制出来，x光激光器的研究人员现在有了一个相应地设计他们未来实验的指南
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