德国和美国的研究人员首次表明，太赫兹（THz）光脉冲可以在超过其通常转变温度三倍的温度下稳定晶体中的铁磁性。正如该团队在《自然》杂志上报道的那样，使用只有数百飞秒长（十亿分之一秒的百万分之一）的脉冲，在稀土钛酸酯YTiO的高温下诱导出铁磁状态3在光照后持续了数纳秒。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，使磁化强度增加到其理论极限。
利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流来处理信息。此外，数字存储器存储设备利用必须切换外部磁场的磁性位。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，在 27 K 或 –246°C 以下仅变为铁磁性，其特性类似于冰箱磁铁。 在这些低温下，Ti原子上电子的自旋沿特定方向排列。正是这种自旋的集体顺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，在高于27 K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，该团队设法在YTiO中实现了铁磁性3高达 100 K （≅193°C），远高于其正常转变温度。光诱导状态也持续了数纳秒。强光脉冲旨在以协调的方式“摇动”材料的原子，使电子对齐它们的自旋。
“脉冲的频率经过调谐，以驱动YTiO的特定振动。3 晶格，称为声子，“主要作者Ankit Disa解释说。“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，导致铁磁态的更强趋势。当驱动其他声子时，我们观察到完全不同的结果：4 THz的声子激发实际上会恶化铁磁性，而17 THz的声子会增强铁磁性 - 但不如9 THz声子那么强烈。
在通常的27 K转变温度以下，9 THz声子激励显着增加了磁化强度，将其提高了约20%至其理论最大值 - 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提供强烈的脉冲，并且能够激发材料中非常窄的频率区域，使其成为极其精确的工具。它已经被部署在MPSD领导的其他几项关于光增强超导和磁性的研究中。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的不同效果。
除了加深科学家对强光物质和超快光物质相互作用的理解外，这些结果也是磁性元件光学控制的重要垫脚石。“这项工作不仅展示了按需打开和关闭磁性，它还让我们预感到可以做些什么来超高速存储和处理信息，”MPSD凝聚态动力学部门主任Andrea Cavalleri解释说。
“除了这个演示之外，我们的工作还强调了在物质的无序，波动阶段创造秩序的能力，类似于用光冷冻水。控制这些过程一直是我们集团的长期目标。多年来，我们已经报告了这项工作的许多其他实现，包括光诱导高温超导和光诱导铁电。
