瑞士科研團隊在鐵磁體操控領域取得重要進展,成功利用激光脈沖實現特殊材料磁極方向的永久翻轉。這一突破性成果發表于國際頂級學術期刊《自然》,為光電子芯片與電路的動態調控開辟了全新路徑。
傳統鐵磁體磁極調控依賴熱驅動機制:需將材料加熱至臨界溫度以上破壞電子自旋有序排列,冷卻后才能固定新方向。該過程不僅能耗高,且難以實現局部精準控制。研究團隊創新性地采用兩層輕微扭曲的二維有機半導體鉬二碲化物,其獨特的層狀結構使電子能形成拓撲態——這種量子態具有類似球體與環面的本質差異,具有極強的穩定性。
實驗表明,通過精確調控激光脈沖參數,可誘導材料在絕緣態與金屬態間切換。盡管狀態轉變伴隨電子相互作用變化,但自旋方向始終保持平行排列,維持鐵磁特性。關鍵突破在于,激光能量被證實能夠直接驅動整個鐵磁體的自旋集體翻轉,且該變化具有不可逆性。
材料的拓撲性質在此過程中發揮關鍵作用。研究團隊發現,激光脈沖不僅改變磁極方向,還能在材料表面"繪制"出不同拓撲鐵磁態的邊界。這種空間分區的磁性調控能力,使得通過光學手段動態定義電路功能成為可能。為驗證效果,科研人員使用弱激光探測反射光偏振特性,成功捕捉到自旋方向變化的光學信號。
該技術突破具有重要應用價值。在微芯片層面,光學寫入的可重構拓撲電路可大幅降低能耗并提升集成度;在精密測量領域,基于該原理的微型干涉儀有望將電磁場檢測靈敏度提升至新量級。特別值得注意的是,整個調控過程在常溫下即可完成,避免了傳統方法對極端條件的依賴。
這項研究重新定義了光與磁的相互作用方式。激光脈沖在此不僅作為能量載體,更成為精確操控量子態的"光學手術刀"。隨著材料設計與激光控制技術的進一步發展,可調諧光電子器件的研發將進入快車道,為信息處理、量子計算等領域帶來革命性變革。











