圆偏振太赫兹光脉冲激发的手性声子在氟化铈中产生超快磁化。氟离子（红色、紫红色）在圆偏振太赫兹光脉冲（黄色螺旋）的作用下开始运动，其中红色表示手性声子模式下运动幅度最大的离子。铈离子用茶色表示。罗盘指针代表旋转原子引起的磁化。图片来源：美国莱斯大学
科技日报记者 张佳欣
美国莱斯大学量子材料科学家发现，当原子做圆周运动时，它们也能创造奇迹：稀土晶体中的原子晶格受到一种名为手性声子的螺旋形振动被激活时，水晶就会变成“磁铁”。相关研究发表在最新一期《科学》杂志上。
在实验中，研究人员需要找到一种方法来驱动原子晶格以手性方式移动。他们使用的声子频率大约为10太赫兹。由于没有现成的光源，他们通过混合强烈的红外光和扭曲电场来与手性声子相互作用创造光脉冲。此外，研究人员还采取了另外两个红外光脉冲，分别监测自旋和原子运动。
研究发现，将氟化铈暴露在超快光脉冲下，会使其原子“舞蹈”，这种舞蹈会瞬间激起电子的自旋，使它们与原子的自转保持一致。如果不用这种方式，则将需要强大的磁场来激活，因为即使在零度以下，氟化铈也是自然顺磁性的，具有随机定向的自旋。
结果表明，瞬态磁化强度仅由与声子共振的脉冲激发，与声子的角动量成正比，并在低温下随磁化率增长。这一观测结果在定量上与自旋—声子耦合模型相吻合，有助于未来在磁性和量子材料方面的进一步研究。