Magnetometria precyzyjna wykorzystująca spin fotoelektronów
W projekcie EXSTASY (Experimental station for the analysis of the spin dynamics) po raz pierwszy wykorzystano błyskotliwość i przestrajalność energii laserów na wolnych elektronach do analizy właściwości magnetycznych ciał stałych. Mówiąc dokładniej, wykorzystano detektory rozpraszania Motta, aby zbadać precyzję wektora namagnesowania w skali femtosekundy. Detektorów rozpraszania Motta często używa się w połączeniu z analizatorami energii elektronowej, łącząc dane o spinie ze spektroskopią fotoelektronów. Fundusze z siódmego programu ramowego (7PR) UE przeznaczono na budowę nowego instrumentu, który aktualnie znajduje się w laboratorium Nanoscience Foundries and Fine Analysis (NFFA) we włoskim Trieście. Instrument służy do analizy wektora namagnesowania w rozdzielczości femtosekundy z zachowaniem selektywności chemicznej. To wyjątkowe narzędzie jest wykorzystywane przez naukowców europejskich do badania dynamiki magnetyzacji materiałów, z których powstają magnetyczne nośniki do przechowywania danych. Zaangażowanie wiodącego w skali światowej eksperta z dziedziny projektowania detektorów rozpraszania Motta z Politechniki w Sankt Petersburgu w Rosji okazało się kluczowe dla pokonania wyzwań technicznych i naukowych. Badacze z projektu EXSTASY zmodyfikowali istniejącą aparaturę do rozpraszania Motta, a w szczególności akcelerator elektrostatyczny i dzielnik wiązki, jak również cały system detekcji. Zajęto się poprawą wydajności ekstrakcji elektronów z próbki, a sam detektor został uzupełniony o nowy tryb operacyjny. Zbudowano specjalnie zaprojektowaną komorę z ultrawysoką próżnią, w której umieszczono nowy polarymetr. Wykorzystując nowy system polarymetrowy Motta, naukowcy zbadali histerezę odparowanej warstwy tlenku żelaza na arsenku galu. Aktualny projekt zakłada pomiar statyczny magnetyzacji. Jest to jednak dopiero punkt wyjścia do wdrożenia polarymetru o rozdzielczości czasowej wyników, odpowiedniego do pracy w trybie pozyskiwania danych na podstawie zarejestrowanych odbić związanych z pojedynczym impulsem (single-pulse-data-acquisition) generowanym przez laser na wolnych elektronach. Projekt EXSTASY był jednym z pierwszych, który koncentrował się na szybkiej dynamice magnetyzacji indukowanej światłem lasera. Lasery na swobodnych elektronach torują drogę do badań nad fizyką ciał stałych — dziedziny, która pozostaje w znacznym stopniu niezbadana. Opracowanie technik eksperymentalnych do badania właściwości magnetycznych ciał stałych, powierzchni ciał stałych i nanostruktur w ośrodkach, w których stosowany jest laser na swobodnych elektronach powinno pomóc zmienić obecny stan rzeczy.
Słowa kluczowe
Magnetometria precyzyjna, EXSTASY, lasery na swobodnych elektronach, rozpraszanie Motta, magnetyczne nośniki danych, polarymetr
