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）的作用下開始運動，其中紅色表示手性聲子模式下運動幅度最大的離子。鈰離子用茶色表示。羅盤指針代表旋轉(zhuǎn)原子引起的磁化。圖片來源：美國萊斯大學(xué)

美國萊斯大學(xué)量子材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子做圓周運動時，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被激活時，水晶就會變成“磁鐵”。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。

在實驗中，研究人員需要找到一種方法來驅(qū)動原子晶格以手性方式移動。他們使用的聲子頻率大約為10太赫茲。由于沒有現(xiàn)成的光源，他們通過混合強(qiáng)烈的紅外光和扭曲電場來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紅外光脈沖，分別監(jiān)測自旋和原子運動。

研究發(fā)現(xiàn)，將氟化鈰暴露在超快光脈沖下，會使其原子“舞蹈”，這種舞蹈會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)大的磁場來激活，因為即使在零度以下，氟化鈰也是自然順磁性的，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)，與聲子的角動量成正比，并在低溫下隨磁化率增長。這一觀測結(jié)果在定量上與自旋—聲子耦合模型相吻合，有助于未來在磁性和量子材料方面的進(jìn)一步研究。