使用精心调谐的太赫兹光，麻省理工学院的研究小组能够控制地将反铁磁体切换到新的磁性状态。由于磁畴的稳定性，反铁磁体可以被整合到未来的存储芯片中，在使用更少的能量和占用现有设备空间的一小部分的情况下存储和处理更多的数据。

“一般来说，这种反铁磁材料不容易控制，”Gedik说。“现在我们有一些旋钮可以调整和调整它们。”

Gedik是这项新研究的资深作者，该研究还包括麻省理工学院的合著者Batyr Ilyas、Tianchuang Luo、Alexander von Hoegen、Zhuquan Zhang和Keith Nelson，以及德国马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所、西班牙巴斯克大学、首尔国立大学和纽约熨斗研究所的合作者。

开拓量子材料新技术

Gedik在麻省理工学院的小组开发了操纵量子材料的技术，其中原子之间的相互作用可以产生奇异的现象。

Gedik说：“一般来说，我们用光激发材料，以更多地了解是什么使它们从根本上结合在一起。”“例如，为什么这种材料是反铁磁体，有没有一种方法可以扰乱微观相互作用，使其变成铁磁体？”

在他们的新研究中，研究小组使用了FePS3 —— 一种在118开尔文（-247华氏度）左右的临界温度下转变为反铁磁相的材料。

研究小组怀疑他们可以通过调节原子振动来控制材料的转变。

“在任何固体中，你都可以把它想象成周期性排列的不同原子，原子之间是微小的弹簧，”von Hoegen解释说。“如果你要拉一个原子，它会以一个特征频率振动，通常发生在太赫兹范围内。”

实际应用及未来影响

原子振动的方式也与它们的自旋相互作用有关。研究小组推断，如果他们可以用与原子集体振动频率相同的太赫兹源（称为声子）来刺激原子，这种效应也可以推动原子的自旋偏离其完美平衡的磁交替排列。一旦失去平衡，原子在一个方向上的自旋就会比另一个方向上的自旋更大，从而产生一个更优的方向，将原本不磁化的材料转变为具有有限磁化强度的新磁性状态。

Gedik说：“这个想法可以一石二鸟：你激发原子的太赫兹振动，它也与自旋耦合。”

为了验证这个想法，研究小组使用了由首尔国立大学（Seoul National University）的大学合成的FePS3样本。他们将样品放在真空室中，并将其冷却到118 K以下。然后，他们将一束近红外光射入有机晶体，产生太赫兹脉冲，将光转换成太赫兹频率。然后他们将太赫兹光指向样品。

“这个太赫兹脉冲是我们用来在样品中产生变化的，”Tianchuang Luo说。“这就像在样本中‘写入’一个新的状态。”

为了证实脉冲触发了材料磁性的变化，研究小组还将两束近红外激光对准样品，每束激光都具有相反的圆偏振。如果太赫兹脉冲没有影响，研究人员应该看到发射的红外激光的强度没有区别。

“仅仅看到不同就告诉我们，材料不再是原来的反铁磁体，我们正在诱导一种新的磁性状态，本质上是通过使用太赫兹光来震动原子，”Batyr Ilyas说。

对未来研究的总结

经过反复的实验，研究小组观察到，太赫兹脉冲成功地将先前的反铁磁性材料转变为新的磁性状态 —— 即使在激光关闭后，这种转变也持续了令人惊讶的长时间，超过几毫秒。

Gedik说：“人们以前在其他系统中看到过这些光诱导的相变，但通常它们存活的时间很短，大约是1皮秒，也就是万亿分之一秒。”

在短短几毫秒内，科学家们现在可能有一个不错的时间窗口，在它恢复到固有的反铁磁性之前，他们可以在此期间探测临时新状态的特性。然后，他们可能能够确定新的旋钮来调整反铁磁体，并优化其在下一代存储技术中的应用。