圓偏振太赫茲光脈沖激發(fā)的手性聲子在氟化鈰中產(chǎn)生超快磁化。氟離子（紅色、紫紅色）在圓偏振太赫茲光脈沖（黃色螺旋）的作用下開始運(yùn)動(dòng)，其中紅色表示手性聲子模式下運(yùn)動(dòng)幅度最大的離子。鈰離子用茶色表示。羅盤指針代表旋轉(zhuǎn)原子引起的磁化。圖片來(lái)源：美國(guó)萊斯大學(xué)

美國(guó)萊斯大學(xué)量子材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們也能創(chuàng)造奇跡：稀土晶體中的原子晶格受到一種名為手性聲子的螺旋形振動(dòng)被激活時(shí)，水晶就會(huì)變成“磁鐵”。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員需要找到一種方法來(lái)驅(qū)動(dòng)原子晶格以手性方式移動(dòng)。他們使用的聲子頻率大約為10太赫茲。由于沒(méi)有現(xiàn)成的光源，他們通過(guò)混合強(qiáng)烈的紅外光和扭曲電場(chǎng)來(lái)與手性聲子相互作用創(chuàng)造光脈沖。此外，研究人員還采取了另外兩個(gè)紅外光脈沖，分別監(jiān)測(cè)自旋和原子運(yùn)動(dòng)。

研究發(fā)現(xiàn)，將氟化鈰暴露在超快光脈沖下，會(huì)使其原子“舞蹈”，這種舞蹈會(huì)瞬間激起電子的自旋，使它們與原子的自轉(zhuǎn)保持一致。如果不用這種方式，則將需要強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)激活，因?yàn)榧词乖诹愣纫韵拢嬕彩亲匀豁槾判缘?，具有隨機(jī)定向的自旋。

結(jié)果表明，瞬態(tài)磁化強(qiáng)度僅由與聲子共振的脈沖激發(fā)，與聲子的角動(dòng)量成正比，并在低溫下隨磁化率增長(zhǎng)。這一觀測(cè)結(jié)果在定量上與自旋—聲子耦合模型相吻合，有助于未來(lái)在磁性和量子材料方面的進(jìn)一步研究。