Präzises Vermessen von Magnetismus mit Licht

Bildunterschrift: Gemessener und berechneter dichroitischer absorbierender Teil Δβ der magneto-optischen Funktion von Kobalt. Die Einbeziehung der lokalen Feldeffekte (LFE) und Vielteilchenkorrekturen bringt die vollständige ab-initio-Theorie in eine sehr gute Übereinstimmung mit dem Experiment.

Ein Forscherteam des Max-Born-Instituts in Berlin sowie Forscher des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle und der Universität Uppsala in Schweden haben nun eine detaillierte Analyse der magneto-optischen Antwort für XUV-Photonen vorgelegt. Sie kombinierten Experimente mit ab initio-Berechnungen, die nur die Art der Atome und deren Anordnung im Material als Eingangsinformation heranziehen. Für die prototypischen magnetischen Elemente, Eisen, Kobalt und Nickel konnten sie die Reaktion dieser Materialien auf XUV-Strahlung im Detail messen. Sie stellten fest, dass die beobachteten Signale nicht proportional zum magnetischen Moment des jeweiligen Element sind und dass diese Abweichung unter Berücksichtigung sogenannter lokaler Feldeffekte theoretisch reproduziert wird. Sangeeta Sharma, die die theoretische Beschreibung lieferte, erklärt: "Lokale Feldeffekte können als eine vorübergehende Umordnung der elektronischen Ladung im Material verstanden werden, die durch das elektrische Feld der verwendeten XUV-Strahlung verursacht wird. Die Reaktion des Systems auf diese Störung muss bei der Interpretation der Spektren berücksichtigt werden."

Diese neue Erkenntnis ermöglicht es nun, Signale von verschiedenen Elementen in einem Material zu trennen. "Da die meisten funktionellen magnetischen Materialien aus mehreren Elementen bestehen, ist dieses Verständnis entscheidend für die Untersuchung solcher Materialien, insbesondere, wenn wir an der komplexeren dynamischen Reaktion bei der Manipulation mit Laserpulsen interessiert sind", betont Felix Willems, der Erstautor der Studie. "Durch die Kombination von Experiment und Theorie sind wir nun in der Lage zu untersuchen, wie die dynamischen mikroskopischen Prozesse genutzt werden können, um einen gewünschten Effekt zu erzielen, wie z.B. das Umschalten der Magnetisierung in einem sehr kurzen Zeitraum. Das ist sowohl von grundlegendem als auch von anwendungsorientiertem Interesse."