原子之舞把水晶變“磁鐵”

由圓偏振太赫茲光脈沖誘導(dǎo)的手的圣子在氟化鈰中產(chǎn)生超高速的磁化。氟離子（紅色和紫紅色）受偏振光脈沖（黃色螺旋）的影響，其中紅色是基拉爾模式下最大的離子。鈰離子用多色表示。指南針的指針代表旋轉(zhuǎn)的原子引起的磁化。照片來(lái)源：美國(guó)萊斯大學(xué)

美國(guó)萊斯大學(xué)的量子材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，他們也可以創(chuàng)造奇跡：在稀土晶體中，當(dāng)原子晶體網(wǎng)格被一種叫做手性聲子的螺旋振動(dòng)激活時(shí)，晶體就會(huì)變成磁鐵。該研究發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究者需要找到一種驅(qū)動(dòng)原子晶格用手移動(dòng)的方法。他們使用的聲波頻率約為10兆赫。由于沒(méi)有光源，它們將強(qiáng)烈的紅外線(xiàn)和電場(chǎng)混合，與手性聲子相互作用，形成光的脈沖。此外，研究人員還使用另外兩個(gè)紅外線(xiàn)脈沖分別檢測(cè)了自旋和原子運(yùn)動(dòng)。

研究表明，如果將氟化鈰暴露在超快的光脈沖中，原子就會(huì)跳舞，這種舞蹈會(huì)在瞬間引起電子的旋轉(zhuǎn)，使它們和原子的自轉(zhuǎn)一致。如果不采取這種方式，強(qiáng)大的磁場(chǎng)就會(huì)活躍起來(lái)，因?yàn)榉嬙诹愣纫韵乱矔?huì)自然地帶有數(shù)字性，任意定向。

結(jié)果表明，瞬態(tài)磁化強(qiáng)度僅由與聲音共振的脈沖激發(fā)，與聲音的角動(dòng)量成正比，在低溫下隨磁化率增加。這一觀(guān)測(cè)結(jié)果與自旋-聲耦合模型在定量上是一致的，有助于今后在磁性和量子材料方面的進(jìn)一步研究。