马克斯·普朗克学会 光激发下反铁磁CoF2转变为亚铁磁的描述
红色和蓝色箭头表示最初的反平行旋转
太赫兹光脉冲引起晶体结构的变化，使自旋极化，产生一种新的磁性状态，可用于信息存储和处理
信用:约格·哈姆斯/ MPSD 磁性材料已经成为计算技术的中流砥柱，因为它们能够以磁性状态永久存储信息
目前的技术是基于铁磁体，其状态可以很容易地被磁场翻转
通过使用一种被称为反铁磁的不同种类的材料，更快、更密集、更坚固的下一代器件将成为可能
然而，它们的磁性状态是出了名的难以控制
现在，来自MPSD大学和牛津大学的一个研究小组已经成功地利用太赫兹频率的光将一个原型反铁磁物质驱动到一个新的磁性状态
他们突破性的方法产生了比以前更大数量级的效果，而且是在超快的时间尺度上
该团队的工作刚刚发表在《自然物理》杂志上
磁铁“北极”的强度和方向由它的所谓磁化强度来表示
在铁磁体中，这种容易可逆的磁化可以代表一点信息，这使得它们成为基于磁体技术的首选材料
但是铁磁体运行缓慢，对杂散磁场的反应也很慢，这意味着它们容易出错，不能非常紧密地组装在一起
反铁磁体代表了一种令人兴奋的选择
与铁磁体不同，它们没有宏观磁化，因为它们是由上下交替指向“磁矩”组成的，就像原子大小的条形磁铁，可以从一个原子翻转到下一个原子
它们不受磁场的强烈影响，这使得它们对于信息存储来说非常坚固，并且允许它们被缩放到更小的尺寸
此外，它们的响应速度比目前的设备要快，频率高达几兆赫兹
研究人员面临的挑战是找到可靠地改变反铁磁物质磁性状态的方法
在他们的新论文中，MPSD/牛津研究小组采用了一种新的方法，研究反铁磁物质的磁性状态如何受到其晶体结构的影响
他们利用了一些被称为压磁的反铁磁物质的特性，其中原子结构的变化导致磁化，就像铁磁体一样
这种变化通常是通过施加单轴压力来实现的——但这是一个缓慢的过程，会破坏晶体
研究小组用光来控制CoF2中的压磁效应，而不是压力
该方法起源于2011年汉堡的小组，基于激发晶格振动或“声子”，以及精心定制的光脉冲
通过调整光脉冲的频率和偏振，它们可以诱导产生压磁效应的相同结构扭曲，而不必使晶体变形——这是合著者、牛津大学的保罗·拉达莱在2018年访问MPSD时提出的一个实验想法
这项创新技术使研究人员能够创造出比以前大400倍的磁化强度
引人注目的是，磁化只需要大约100 ps就形成了，磁化的方向可以通过改变光的偏振来反转
这些结果代表了材料性质光学控制的一个重大进步
第一作者安基特·迪萨说:“这个实验首次证明了‘理性地’或‘有意地’用光来设计晶体结构
我们知道需要什么类型的结构扭曲才能产生从反铁磁体到类铁磁体状态的相变
诀窍在于理解如何利用光来驱动材料进入这种新的晶体结构
" 安德里亚·卡瓦勒里领导着MPSD大学的实验团队，并参与了卓越星系团CUI:物质的高级成像，他看到了利用光来控制物质属性的巨大潜力:“这项技术可以导致光磁开关，例如，制造可以被光写入和读取的记忆
更重要的是，我们现在有工具和理解在原子尺度上对材料的结构进行光学工程，这可以应用于操纵从磁体到铁电体到超导体的多种系统的功能
"
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