The scope of this paper is to outline the main marks and performances of the MagneDyn beamline, which was designed and built to perform ultrafast magnetodynamic studies in solids. Open to users since 2019, MagneDyn operates with variable circular and linear polarized femtosecond pulses delivered by the externally laser-seeded FERMI free-electron laser (FEL). The very high degree of polarization, the high pulse-to-pulse stability, and the photon energy tunability in the 50–300 eV range allow performing advanced time-resolved magnetic dichroic experiments at the K-edge of light elements, e.g., carbon and at the M- and N-edge of the 3d-transition-metals and rare earth elements, respectively. To this end, two experimental end-stations are available. The first is equipped with an in situ dedicated electromagnet, a cryostat, and an extreme ultraviolet Wollaston-like polarimeter. The second, designed for carry-in user instruments, hosts also a spectrometer for pump-probe resonant x-ray emission and inelastic spectroscopy experiments with a sub-eV energy resolution. A Kirkpatrick-Baez active optics system provides a minimum focus of 20×20μm2 FWHM at the sample. A pump laser setup, synchronized with the FEL-laser seeding system, delivers sub-picosecond pulses with photon energies ranging from the mid-IR to near-UV for optical pump-FEL probe experiments with a minimal pump-probe jitter of few femtoseconds. The overall combination of these features renders MagneDyn a unique state-of-the-art tool for studying ultrafast magnetic and resonant emission phenomena in solids.

1.
E.
Beaurepaire
,
J.-C.
Merle
,
A.
Daunois
, and
J.-Y.
Bigot
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
4250
(
1996
).
2.
E.
Allaria
,
A.
Battistoni
,
F.
Bencivenga
,
R.
Borghes
,
C.
Callegari
,
F.
Capotondi
,
D.
Castronovo
,
P.
Cinquegrana
,
D.
Cocco
,
M.
Coreno
,
P.
Craievich
,
R.
Cucini
,
F.
D’Amico
,
M. B.
Danailov
,
A.
Demidovich
,
G.
De Ninno
,
A.
Di Cicco
,
S.
Di Fonzo
,
M.
Di Fraia
,
S.
Di Mitri
,
B.
Diviacco
,
W. M.
Fawley
,
E.
Ferrari
,
A.
Filipponi
,
L.
Froehlich
,
A.
Gessini
,
E.
Giangrisostomi
,
L.
Giannessi
,
D.
Giuressi
,
C.
Grazioli
,
R.
Gunnella
,
R.
Ivanov
,
B.
Mahieu
,
N.
Mahne
,
C.
Masciovecchio
,
I. P.
Nikolov
,
G.
Passos
,
E.
Pedersoli
,
G.
Penco
,
E.
Principi
,
L.
Raimondi
,
R.
Sergo
,
P.
Sigalotti
,
C.
Spezzani
,
C.
Svetina
,
M.
Trovò
, and
M.
Zangrando
,
New J. Phys.
14
,
113009
(
2012
).
3.
E.
Allaria
,
D.
Castronovo
,
P.
Cinquegrana
,
P.
Craievich
,
M.
Dal Forno
,
M. B.
Danailov
,
G.
D’Auria
,
A.
Demidovich
,
G.
De Ninno
,
S.
Di Mitri
,
B.
Diviacco
,
W. M.
Fawley
,
M.
Ferianis
,
E.
Ferrari
,
L.
Froehlich
,
G.
Gaio
,
D.
Gauthier
,
L.
Giannessi
,
R.
Ivanov
,
B.
Mahieu
,
N.
Mahne
,
I.
Nikolov
,
F.
Parmigiani
,
G.
Penco
,
L.
Raimondi
,
C.
Scafuri
,
C.
Serpico
,
P.
Sigalotti
,
S.
Spampinati
,
C.
Spezzani
,
M.
Svandrlik
,
C.
Svetina
,
M.
Trovo
,
M.
Veronese
,
D.
Zangrando
, and
M.
Zangrando
,
Nat. Photonics
7
,
913
(
2013
).
4.
C.
Svetina
,
N.
Mahne
,
L.
Raimondi
,
A.
Caretta
,
B.
Casarin
,
M.
Dell’Angela
,
M.
Malvestuto
,
F.
Parmigiani
, and
M.
Zangrando
,
J. Synchrotron Radiat.
23
,
98
(
2016
).
5.
H.-C.
Mertins
,
F.
Schäfers
,
X.
Le Cann
,
A.
Gaupp
, and
W.
Gudat
,
Phys. Rev. B
61
,
R874
(
2000
).
6.
J. B.
Kortright
,
M.
Rice
, and
R.
Carr
,
Phys. Rev. B
51
,
010240
(
1995
).
7.
H.-C.
Mertins
,
S.
Valencia
,
D.
Abramsohn
,
A.
Gaupp
,
W.
Gudat
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. B
69
,
064407
(
2004
).
8.
J. B.
Kortright
,
D. D.
Awschalom
,
J.
Stöhr
,
S. D.
Bader
,
Y. U.
Idzerda
,
S. S. P.
Parkin
,
I. K.
Schuller
, and
H.-C.
Siegmann
,
J. Magn. Magn. Mater.
207
,
7
(
1999
).
9.
M.
Dell’Angela
,
F.
Hieke
,
M.
Malvestuto
,
L.
Sturari
,
S.
Bajt
,
I. V.
Kozhevnikov
,
J.
Ratanapreechachai
,
A.
Caretta
,
B.
Casarin
,
F.
Glerean
,
A. M.
Kalashnikova
,
R. V.
Pisarev
,
Y.-D.
Chuang
,
G.
Manzoni
,
F.
Cilento
,
R.
Mincigrucci
,
A.
Simoncig
,
E.
Principi
,
C.
Masciovecchio
,
L.
Raimondi
,
N.
Mahne
,
C.
Svetina
,
M.
Zangrando
,
R.
Passuello
,
G.
Gaio
,
M.
Prica
,
M.
Scarcia
,
G.
Kourousias
,
R.
Borghes
,
L.
Giannessi
,
W.
Wurth
, and
F.
Parmigiani
,
Sci. Rep.
6
,
38796
(
2016
).
10.
C.
Svetina
,
D.
Cocco
,
N.
Mahne
,
L.
Raimondi
,
E.
Ferrari
, and
M.
Zangrando
,
J. Synchrotron Radiat.
23
,
35
(
2016
).
11.
E.
Allaria
,
F.
Bencivenga
,
R.
Borghes
,
F.
Capotondi
,
D.
Castronovo
,
P.
Charalambous
,
P.
Cinquegrana
,
M. B.
Danailov
,
G.
De Ninno
,
A.
Demidovich
,
S.
Di Mitri
,
B.
Diviacco
,
D.
Fausti
,
W. M.
Fawley
,
E.
Ferrari
,
L.
Froehlich
,
D.
Gauthier
,
A.
Gessini
,
L.
Giannessi
,
R.
Ivanov
,
M.
Kiskinova
,
G.
Kurdi
,
B.
Mahieu
,
N.
Mahne
,
I.
Nikolov
,
C.
Masciovecchio
,
E.
Pedersoli
,
G.
Penco
,
L.
Raimondi
,
C.
Serpico
,
P.
Sigalotti
,
S.
Spampinati
,
C.
Spezzani
,
C.
Svetina
,
M.
Trovò
, and
M.
Zangrando
,
Nat. Commun.
4
,
2476
(
2013
).
12.
E.
Allaria
,
R.
Appio
,
L.
Badano
,
W. A.
Barletta
,
S.
Bassanese
,
S. G.
Biedron
,
A.
Borga
,
E.
Busetto
,
D.
Castronovo
,
P.
Cinquegrana
,
S.
Cleva
,
D.
Cocco
,
M.
Cornacchia
,
P.
Craievich
,
I.
Cudin
,
G.
D’Auria
,
M.
Dal Forno
,
M. B.
Danailov
,
R.
De Monte
,
G.
De Ninno
,
P.
Delgiusto
,
A.
Demidovich
,
S.
Di Mitri
,
B.
Diviacco
,
A.
Fabris
,
R.
Fabris
,
W.
Fawley
,
M.
Ferianis
,
E.
Ferrari
,
S.
Ferry
,
L.
Froehlich
,
P.
Furlan
,
G.
Gaio
,
F.
Gelmetti
,
L.
Giannessi
,
M.
Giannini
,
R.
Gobessi
,
R.
Ivanov
,
E.
Karantzoulis
,
M.
Lonza
,
A.
Lutman
,
B.
Mahieu
,
M.
Milloch
,
S. V.
Milton
,
M.
Musardo
,
I.
Nikolov
,
S.
Noe
,
F.
Parmigiani
,
G.
Penco
,
M.
Petronio
,
L.
Pivetta
,
M.
Predonzani
,
F.
Rossi
,
L.
Rumiz
,
A.
Salom
,
C.
Scafuri
,
C.
Serpico
,
P.
Sigalotti
,
S.
Spampinati
,
C.
Spezzani
,
M.
Svandrlik
,
C.
Svetina
,
S.
Tazzari
,
M.
Trovo
,
R.
Umer
,
A.
Vascotto
,
M.
Veronese
,
R.
Visintini
,
M.
Zaccaria
,
D.
Zangrando
, and
M.
Zangrando
,
Nat. Photonics
6
,
699
(
2012
).
13.
P.
Finetti
,
H.
Höppner
,
E.
Allaria
,
C.
Callegari
,
F.
Capotondi
,
P.
Cinquegrana
,
M.
Coreno
,
R.
Cucini
,
M. B.
Danailov
,
A.
Demidovich
,
G. D.
Ninno
,
M. D.
Fraia
,
R.
Feifel
,
E.
Ferrari
,
L.
Fröhlich
,
D.
Gauthier
,
T.
Golz
,
C.
Grazioli
,
Y.
Kai
,
G.
Kurdi
,
N.
Mahne
,
M.
Manfredda
,
N.
Medvedev
,
I. P.
Nikolov
,
E.
Pedersoli
,
G.
Penco
,
O.
Plekan
,
M. J.
Prandolini
,
K. C.
Prince
,
L.
Raimondi
,
P.
Rebernik
,
R.
Riedel
,
E.
Roussel
,
P.
Sigalotti
,
R.
Squibb
,
N.
Stojanovic
,
S.
Stranges
,
C.
Svetina
,
T.
Tanikawa
,
U.
Teubner
,
V.
Tkachenko
,
S.
Toleikis
,
M.
Zangrando
,
B.
Ziaja
,
F.
Tavella
, and
L.
Giannessi
,
Phys. Rev. X
7
,
021043
(
2017
).
14.
O. Y.
Gorobtsov
,
G.
Mercurio
,
F.
Capotondi
,
P.
Skopintsev
,
S.
Lazarev
,
I. A.
Zaluzhnyy
,
M. B.
Danailov
,
M.
Dell’Angela
,
M.
Manfredda
,
E.
Pedersoli
,
L.
Giannessi
,
M.
Kiskinova
,
K. C.
Prince
,
W.
Wurth
, and
I. A.
Vartanyants
,
Nat. Commun.
9
,
4498
(
2018
).
15.
See
https://luxel.com
for Luxel filters
.
17.
M.
Zangrando
,
D.
Cocco
,
C.
Fava
,
S.
Gerusina
,
R.
Gobessi
,
N.
Mahne
,
E.
Mazzucco
,
L.
Raimondi
,
L.
Rumiz
, and
C.
Svetina
,
J. Synchrotron Radiat.
22
,
565
(
2015
).
18.
M.
Zangrando
,
A.
Abrami
,
D.
Bacescu
,
I.
Cudin
,
C.
Fava
,
F.
Frassetto
,
A.
Galimberti
,
R.
Godnig
,
D.
Giuressi
,
L.
Poletto
,
L.
Rumiz
,
R.
Sergo
,
C.
Svetina
, and
D.
Cocco
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
113110
(
2009
), .
19.
See
https://www.digikey.com/
for the specifications of the four quadrant photodiode
.
20.
See
https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/optical-sensors/electron-sensor/mcp/index.html
for the specifications of the microchannel plate detector
.
21.
C.
Svetina
,
A.
Abrami
,
I.
Cudin
,
C.
Fava
,
S.
Gerusina
,
R.
Gobessi
,
L.
Rumiz
,
G.
Sostero
,
M.
Zangrando
, and
D.
Cocco
,
Advances in X-Ray/EUV Optics and Components VI
(
SPIE
,
2011
), p.
81390J
.
22.
See
https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/type/C11440-42U30/index.html
for the specifications of the scientific camera
.
24.
L.
Raimondi
,
N.
Mahne
,
M.
Manfredda
,
C.
Svetina
,
D.
Cocco
,
F.
Capotondi
,
E.
Pedersoli
,
M.
Kiskinova
, and
M.
Zangrando
, in
Adaptive X-Ray Optics
IV (
SPIE
,
2016
), p.
99650F
.
26.
M. B.
Danailov
,
F.
Bencivenga
,
F.
Capotondi
,
F.
Casolari
,
P.
Cinquegrana
,
A.
Demidovich
,
E.
Giangrisostomi
,
M. P.
Kiskinova
,
G.
Kurdi
,
M.
Manfredda
,
C.
Masciovecchio
,
R.
Mincigrucci
,
I. P.
Nikolov
,
E.
Pedersoli
,
E.
Principi
, and
P.
Sigalotti
,
Opt. Express
22
,
12869
(
2014
).
27.
A.
Caretta
,
S.
Laterza
,
V.
Bonanni
,
R.
Sergo
,
C.
Dri
,
G.
Cautero
,
F.
Galassi
,
M.
Zamolo
,
A.
Simoncig
,
M.
Zangrando
,
A.
Gessini
,
S. D.
Zilio
,
R.
Flammini
,
P.
Moras
,
A.
Demidovich
,
M.
Danailov
,
F.
Parmigiani
, and
M.
Malvestuto
,
Struct. Dyn.
8
,
034304
(
2021
).
28.
J.
Nordgren
and
J.
Guo
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
110–111
,
1
(
2000
).
29.
See
https://www.infinity-usa.com/k-series/model-k2-distamax/
for the specification of Long-distance microscope
.
30.
M.
Lonza
,
A.
Abrami
,
F.
Asnicar
,
L.
Battistello
,
R.
Borghes
,
V.
Chenda
,
S.
Cleva
,
G. D.
Prete
,
M. D.
Santos
,
S.
Fontanini
,
G.
Gaio
,
F.
Giacuzzo
,
R.
Marizza
,
R.
Passuello
,
L.
Pivetta
,
R.
Pugliese
,
C.
Scafuri
,
G.
Scalamera
,
G.
Strangolino
,
D.
Vittor
, and
L.
Zambon
, in
Contributions to the Proceedings of ICALEPCS 2009
,
Geneva, Switzerland
,
2009
, http://jacow.org, pp.
322
324
.
31.
F.
Giacuzzo
,
L.
Battistello
,
L.
Frohlich
,
G.
Gaio
,
M.
Lonza
,
G.
Scalamera
,
G.
Strangolino
, and
D.
Vittor
, in
Contributions to the Proceedings of ICALEPCS 2011
,
Geneva, Switzerland
,
2011
, http://jacow.org, pp.
1119
1121
.
32.
L.
Pivetta
,
G.
Gaio
,
R.
Passuello
, and
G.
Scalamera
, in
Contributions to the Proceedings of ICALEPCS
2011
(
ICALEPCS
,
France
,
2012
), p.
1423
.
33.
R.
Borghes
,
V.
Chenda
,
A.
Curri
,
G.
Gaio
,
G.
Kourousias
,
M.
Lonza
,
L.
Pivetta
,
M.
Prica
,
R.
Pugliese
,
G.
Strangolino
,
G.
Passos
, and
R.
Passuello
, in
Contributions to the Proceedings of ICALEPCS 2011
,
Geneva, Switzerland
,
2011
, http://jacow.org, pp.
462
464
.
34.
See
http://www.tango-controls.org
for the details of open source tango system and controls
.
35.
See
https://www.hdfgroup.org/
for the information of hierarchical data format archives
.
36.
A.
Caretta
, “
Scripts for data collection, analysis and calculus at magnedyn beamline at FERMI FEL (Elettra-Sincrotrone Trieste SCPA)
,” https://github.com/antoniocaretta/magnedyn-fermi (
2022
).
37.
See
http://vuo.elettra.eu
for the scientific portal of Elettra synchrotron
.
38.
T.
Kluyver
,
B.
Ragan-Kelley
,
F.
Pérez
,
B.
Granger
,
M.
Bussonnier
,
J.
Frederic
,
K.
Kelley
,
J.
Hamrick
,
J.
Grout
,
S.
Corlay
,
P.
Ivanov
,
D.
Avila
,
S.
Abdalla
,
C.
Willing
, and
J.
development team
, in
Positioning and Power in Academic Publishing: Players, Agents and Agendas
, edited by
F.
Loizides
and
B.
Scmidt
(
IOS Press
,
2016
), pp.
87
90
.
39.
See
https://www.arscryo.com/de-204
for the details of DE-204 Cryocooler; accessed 2021
.
40.
See
https://gmw.com/product/3472/
for the details of dipole electromagnet; accessed 2021
.
41.
See
https://www.elettra.trieste.it/lightsources/fermi/fermi-beamlines/magne-dyn/magnetic-endstation/page-3.html?showall= for the details of polarimeter detection scheme available at MagneDyn beamline Elettra, Trieste, Italy.
42.
S.
Laterza
,
A.
Caretta
,
R.
Bhardwaj
,
R.
Flammini
,
P.
Moras
,
M.
Jugovac
,
P.
Rajak
,
M.
Islam
,
R.
Ciancio
,
V.
Bonanni
,
B.
Casarin
,
A.
Simoncig
,
M.
Zangrando
,
P. R.
Ribic
,
G.
Penco
,
G. D.
Ninno
,
L.
Giannessi
,
A.
Demidovich
,
M.
Danailov
,
F.
Parmigiani
, and
M.
Malvestuto
,
Optica
9
,
1
(
2022
).
You do not currently have access to this content.