Bij de BESSY II opbergring, een gezamenlijk team van versnellerfysici, undulator-experts en onderzoekers hebben aangetoond hoe de heliciteit van circulair gepolariseerde synchrotronstraling sneller kan worden geschakeld - tot een miljoen keer sneller dan voorheen. Ze gebruikten een elliptische dubbel-undulator ontwikkeld bij HZB en bedienden de opslagring in de zogenaamde two-orbit-modus. Dit is een speciale manier van werken die pas recent bij BESSY II is ontwikkeld en de basis vormt voor snel schakelen. De ultrasnelle verandering van lichthelicity is bijzonder interessant om processen in magnetische materialen te observeren en wordt al lang verwacht door een grote gebruikersgemeenschap.

In synchrotronstralingsbronnen zoals BESSY II, elektronenbundels draaien met bijna de lichtsnelheid om de opslagring. Ze worden door periodieke magnetische structuren (undulatoren) gedwongen om extreem felle lichtpulsen met bijzondere eigenschappen uit te zenden.

Elliptische undulatoren kunnen ook worden gebruikt om circulair gepolariseerde lichtpulsen te genereren, die een functie weergeven die heliciteit wordt genoemd:de polarisatie gaat met de klok mee of tegen de klok in. Magnetische structuren in materialen reageren anders op circulair gepolariseerd licht:afhankelijk van de heliciteit van de röntgenpulsen, ze absorberen deze straling min of meer.

Sinds de jaren tachtig, hiervan is gebruik gemaakt in zogenaamde XMCD-experimenten (X-ray Circular Dichroism) om statische en dynamische veranderingen in magnetische materialen te onderzoeken of magnetische nanostructuren op oppervlakken af ​​te beelden.

Vooral voor dergelijke beeldvormingstechnieken, de gebruikersgemeenschap bij synchrotron-stralingsbronnen wenste al lang de mogelijkheid om de heliciteit van het licht snel te schakelen, vooral omdat dit direct resulteert in een magnetisch beeldcontrast dat bits in magnetische gegevensopslagapparaten zichtbaar en meetbaar maakt.

In de elliptische golvingen die typisch zijn voor BESSY II (APPLE II), ontwikkeld door de groep rond Johannes Bahrdt, de heliciteit van licht wordt geschakeld door een mechanische verplaatsing van meterslange opstellingen van sterke permanente magneten, een proces dat soms minuten duurt.

De nieuwe methode, echter, is gebaseerd op de combinatie van dergelijke golvingen met een speciale baan van de elektronenstraal in de opslagring - gegenereerd door de zogenaamde TRIB's (transversale resonantie-eilandemmers). TRIB's zijn experimenteel onderzocht door de versneller-expert Dr. Paul Goslawski bij BESSY II. Terwijl het pad van de elektronen in de opslagring normaal gesproken na één baan sluit, in de TRIBs-modus draaien de elektronen in verschillende banen tijdens opeenvolgende banen en kunnen ze dus röntgenpulsen uitzenden vanuit verschillende magnetische veldconfiguraties, stelde Dr. Karsten Holldack en Dr. Johannes Bahrdt voor.

Ze konden onlangs in een pilot-experiment aantonen dat hun idee echt werkt met behulp van de bestaande dubbele undulator UE56-2 bij BESSY II:Bij het passeren van een speciaal voorbereide magneetopstelling van deze dubbele undulator, de elektronenbundels uit verschillende banen in TRIBs-modus zenden röntgenfotonen uit met dezelfde golflengte maar tegengestelde circulaire polarisatie.

Dus, in principe, XMCD-signalen van magnetische monsters kunnen nu worden bestudeerd met tussenpozen van slechts 1 microseconde met rechts- en vervolgens links circulair gepolariseerde lichtpulsen. In het pilootexperiment werden de XMCD-signalen van een magnetisch monster (nikkel in permalloy) gedetecteerd van omwenteling tot omwenteling en de snelle (MHz) heliciteitsverandering kon duidelijk worden aangetoond. Met nieuwe golvingen die speciaal voor dit doel zijn gemaakt, speciale bundellijnen met ultrasnelle heliciteitsverandering kunnen worden aangeboden bij BESSY II in TRIBs-modus. Uiteindelijk kunnen schakeltijden krimpen tot nanoseconden.

"We zijn erg verheugd dat de ontwikkeling van Two-Orbit/TRIBs nu al nieuwe experimenten bij BESSY II mogelijk maakt", zegt Goslawski. Ook voor BESSY III zou dit een aantrekkelijke optie zijn. De resultaten zijn nu gepubliceerd in Natuur Communicatie Natuurkunde .