自感應超快退磁限制了在軟X射線能量下從磁性樣品衍射的光量

具有兩個競爭過程的散射實驗的示意圖。柔和的X射線束（藍色箭頭，從左起）撞擊磁性​樣品（圓形區域），並從微觀迷宮狀磁化圖案中散射出來。在此過程中，x射線光子首先被3p鈷芯電子（a）吸收。然後，所得到的激發態可以自發地放鬆（b），向新的方向（紫色箭頭）發射光子。在實驗中，將這種散射光記錄為感興趣的信號。但是，如果另一個X射線光子遇到已經激發的狀態，則會發生受激發射（c）。在此，兩個相同的光子沿入射光束的方向（向右的藍色箭頭）發射。該光僅攜帶很少的關於樣品磁化的信息，通常出於實際原因被阻擋。

自由電子X射線雷射器可發出強烈的超短X射線脈衝，可用於單次成像納米級物體。當X射線波長調諧到電子共振時，磁化圖案可以變得可見。但是，當使用越來越強的脈衝時，磁化圖像會逐漸消失。現在已經闡明了造成這種共振磁散射強度損失的機制。

就像在閃光燈攝影中一樣，短而強烈的X射線閃光可用於記錄圖像或X射線衍射圖樣，這些圖像或X射線衍射圖樣「凍結」了比X射線脈衝持續時間慢的運動。X射線優於可見光的優點是，由於X射線的波長短，因此可以識別納米級的對象。此外，如果將X射線的波長調整為與電子躍遷的特定能量相對應，則研究人員可以產生獨特的對比度，例如，使材料內不同區域的磁化強度可見。然而，當脈衝中的X射線強度增加時，從磁疇圖案散射的X射線份額會降低。儘管在2012年用自由電子X射線雷射器記錄的第一批磁疇圖像中觀察到了這種效應，

柏林MBI的一組研究人員以及義大利和法國的同事現已精確地記錄了共振磁散射強度與鐵磁單位面積入射X射線強度（「通量」）的關係。域樣本。通過集成檢測每一次擊中實際樣品區域的強度的設備，他們能夠以前所未有的精度記錄在三個數量級上的散射強度，儘管其固有的逐次變化。 X射線束撞擊微小的樣品。使用軟X射線的實驗是在義大利的裡雅斯特的FERMI自由電子X射線雷射器上進行的。

對於兩個不同的軟X射線脈衝持續時間，磁散射信號的注量依賴性。在受激發射的情況下，這在Co 2p到價躍遷上也具有類似的注量依賴關係，在此表示中，兩條曲線都有望重合。相反，較長的120 fs脈衝會導致較低的散射。這可以通過僅考慮由軟X射線束自身引起的超快退磁的模型來解釋（實線，陰影區域表示模型的不確定性）。圖片來源：MBI Berlin

磁化是一種直接耦合到材料電子的屬性，該材料通過自旋和軌道運動構成磁矩。對於他們的實驗，研究人員使用了在含鈷多層中形成的鐵磁疇的圖案，該多層典型材料是X射線雷射的磁散射實驗中常用的典型材料。在與X射線的相互作用中，電子的聚集受到幹擾，並且能級改變。兩種作用都可能導致散射的減少，這可能是由於由於電子以不同的自旋重新排列而導致材料中實際磁化強度的瞬時降低，或者是由於能級的移動而不再能夠檢測到磁化強度的緣故。此外，已經爭論了在約100飛秒的持續時間的脈衝期間給予的高X射線注量下的受激發射的起因是否可以造成散射強度的損失。在後一種情況下的機制是由於以下事實：在受激發射中，從入射光子複製了發射光子的方向。結果，如圖1所示，所發射的X射線光子將不會對從原始方向散射的光束產生影響。

在《Physical Review Letters》中提出的結果中，研究人員表明，儘管過去與Co 2p核心能級共振產生的磁散射損耗是由於受激發射引起的，而對於與較淺的Co 3p核心能級共振產生的散射卻是這樣，過程並不重要。通過簡單地考慮每個磁疇內發生的實際退磁，就可以很好地描述整個通量範圍內的實驗數據，MBI研究人員先前已經通過基於雷射的實驗對它進行了表徵。

鑑於Co 3p核能級的壽命短，大約為四分之一飛秒，主要受俄歇衰變的影響，俄歇級聯反應產生的熱電子與隨後的電子散射事件一起可能導致自旋和旋轉電子使瞬變淬滅。由於這種減弱的磁化強度會在所用X射線脈衝的持續時間內（70和120飛秒）表現出來並持續更長的時間，因此X射線脈衝的後半部分與磁化強度實際上已經減弱的疇模式相互作用遠。這與以下觀察結果一致：當在較短的脈衝持續時間內以相同數量的X射線光子撞擊磁性樣品時，觀察到的磁散射減少較少。相反，

除了闡明工作機理外，這些發現對於將來在自由電子X射線雷射器上對磁性材料進行單次實驗也具有重要意義。與結構生物學中的情況類似，在強脈衝X射線雷射脈衝中蛋白質分子的成像會受到脈衝過程中分子的破壞而受到阻礙，研究磁性納米結構的研究人員在實驗中還必須明智地選擇能量密度和脈衝持續時間。有了共振磁散射的能量密度依賴關係，X射線雷射器的研究人員現在有了相應的指導方針來設計未來的實驗。