原子之舞把水晶变“磁铁”

由圆偏振太赫兹光脉冲诱导的手的圣子在氟化铈中产生超高速的磁化。氟离子（红色和紫红色）受偏振光脉冲（黄色螺旋）的影响，其中红色是基拉尔模式下最大的离子。铈离子用多色表示。指南针的指针代表旋转的原子引起的磁化。照片来源：美国莱斯大学

美国莱斯大学的量子材料科学家发现，当原子进行圆运动时，他们也可以创造奇迹：在稀土晶体中，当原子晶体网格被一种叫做手性声子的螺旋振动激活时，晶体就会变成磁铁。该研究发表在最新一期的《科学》杂志上。

在实验过程中，研究者需要找到一种驱动原子晶格用手移动的方法。他们使用的声波频率约为10兆赫。由于没有光源，它们将强烈的红外线和电场混合，与手性声子相互作用，形成光的脉冲。此外，研究人员还使用另外两个红外线脉冲分别检测了自旋和原子运动。

研究表明，如果将氟化铈暴露在超快的光脉冲中，原子就会跳舞，这种舞蹈会在瞬间引起电子的旋转，使它们和原子的自转一致。如果不采取这种方式，强大的磁场就会活跃起来，因为氟化铈在零度以下也会自然地带有数字性，任意定向。

结果表明，瞬态磁化强度仅由与声音共振的脉冲激发，与声音的角动量成正比，在低温下随磁化率增加。这一观测结果与自旋-声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进一步研究。