东方时讯网德国和美国的研究人员首次表明，太赫兹(THz)光脉冲可以稳定晶体中的铁磁性，温度是其通常转变温度的三倍多。正如该团队在《自然》杂志上报道的那样，使用仅数百飞秒长(十亿分之一秒的百万分之一秒)的脉冲，在高温下在稀土钛酸盐YTiO3中诱导出铁磁态，该状态在曝光后持续许多纳秒.在平衡转变温度以下，激光脉冲仍然加强了现有的磁性状态，将磁化强度提高到其理论极限。
使用光来控制固体中的磁性是未来技术的一个有前途的平台。今天的计算机主要依靠电荷的流动来处理信息。此外，数字存储器存储设备利用必须切换外部磁场的磁位。这两个方面都限制了当前计算系统的速度和能源效率。使用光来光学切换内存和计算设备可以彻底改变处理速度和效率。
YTiO3是一种过渡金属氧化物，只有在低于27K或–246°C时才会变成铁磁性，其特性类似于冰箱磁铁。在这些低温下，钛原子上的电子自旋沿特定方向排列。正是这种自旋的集体排序使材料作为一个整体具有宏观磁化并使其具有铁磁性。相反，在27K以上的温度下，单个自旋随机波动，因此不会产生铁磁性。
使用德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所(MPSD)开发的强大太赫兹光源，该团队成功地在YTiO3中实现了高达近100K(≅193°C)的铁磁性，远高于其正常转变温度。光诱导状态也持续了许多纳秒。强光脉冲旨在以协调的方式“摇动”材料的原子，使电子能够对齐它们的自旋。
“调整脉冲频率以驱动YTiO3晶格的特定振动，称为声子，”主要作者AnkitDisa解释道。“我们发现，当我们以9THz的固有频率激发一个特定的声子时，自旋的集体顺序和电子的轨道被修改，导致更强的铁磁态趋势。当驱动其他声子时，我们观察到完全不同的结果：4THz声子的激发实际上会恶化铁磁性，而17THz声子的激发会增强它——但不如9THz声子那么强烈。”
在通常的27K转变温度以下，9THz声子激发显着增加了磁化强度，将其提高了约20%至理论最大值——这是迄今为止尚未达到的水平。
这些实验中使用的太赫兹源发出强脉冲，能够激发材料中非常窄的频率区域，使其成为一种极其精确的工具。它已经被部署在其他几项由MPSD领导的关于光增强超导性和磁性的研究中。然而，这项工作首次揭示了通过激发一系列晶格振动可以产生质量不同的效果。
除了加深科学家对强和超快光与物质相互作用的理解外，这些结果是实现磁性元件光学控制的重要垫脚石。“这项工作不仅展示了磁力的按需开关，还让我们预示了可以做些什么来以超高速存储和处理信息，”MPSD凝聚态物质主任AndreaCavalleri解释道。动力学系。
“除了这个演示之外，我们的工作还强调了在无序、波动的物质相中创造秩序的能力，类似于用光冻结水。控制这些过程一直是我们小组的长期目标。多年来，我们报告了一个这项工作的许多其他实现，包括光致高温超导性和光致铁电性。”