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　　瑞士巴塞爾大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)取得一項(xiàng)突破：他們通過(guò)激光束成功實(shí)現(xiàn)了一種特殊鐵磁體的極性翻轉(zhuǎn)。這項(xiàng)進(jìn)展為未來(lái)開(kāi)發(fā)可調(diào)諧的光電子電路提供了潛在可能。研究發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

　　鐵磁體中的磁力源于電子自旋的有序排列。每個(gè)電子的自旋都會(huì)產(chǎn)生微弱磁場(chǎng)，當(dāng)所有電子自旋方向趨于一致時(shí)，材料整體便呈現(xiàn)出宏觀(guān)磁性。這種排列通常需要克服內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序影響，只有當(dāng)材料溫度低于某一臨界值時(shí)，鐵磁性才能穩(wěn)定存在。

　　傳統(tǒng)上，若要改變鐵磁體的磁極方向，往往需要先將其加熱至臨界溫度以上，使電子自旋得以重新定向，再冷卻固定新的磁化方向。然而，此次研究表明，僅通過(guò)光照即可實(shí)現(xiàn)這一極性翻轉(zhuǎn)過(guò)程，無(wú)需依賴(lài)整體加熱。

　　研究團(tuán)隊(duì)使用了一種特殊的層狀材料——兩層輕微扭曲的二維有機(jī)半導(dǎo)體鉬二碲化物。在這種材料中，電子可以形成所謂的拓?fù)鋺B(tài)，其特性可通過(guò)幾何形態(tài)類(lèi)比來(lái)理解。如同球體與環(huán)面之間的本質(zhì)區(qū)別，拓?fù)鋺B(tài)具有穩(wěn)定且明確的定義，不易被連續(xù)變形所改變。

　　實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控使電子在絕緣態(tài)與金屬態(tài)之間轉(zhuǎn)變。由于電子間的強(qiáng)相互作用，在這兩種狀態(tài)下電子自旋均保持平行排列，從而使材料整體表現(xiàn)為鐵磁性。關(guān)鍵在于，他們利用激光脈沖實(shí)現(xiàn)了整個(gè)鐵磁體自旋方向的集體翻轉(zhuǎn)。

　　這一轉(zhuǎn)變是永久性的，并且材料的拓?fù)湫再|(zhì)對(duì)翻轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生了影響。通過(guò)控制激光，團(tuán)隊(duì)還能在材料中“繪制”出不同拓?fù)滂F磁態(tài)的邊界，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其拓?fù)渑c磁性的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

　　為了驗(yàn)證極性翻轉(zhuǎn)的效果，團(tuán)隊(duì)使用另一束較弱激光探測(cè)材料表面的反射光特性，通過(guò)光學(xué)信號(hào)辨析出自旋方向的改變。

　　這項(xiàng)技術(shù)為在微芯片上光學(xué)寫(xiě)入可重構(gòu)的拓?fù)潆娐烽_(kāi)辟了新路徑。未來(lái)，基于該方法有望制備微型干涉儀等器件，用于極弱電磁場(chǎng)的高精度測(cè)量。

責(zé)任編輯：王奕博