瑞士科研团队在铁磁体操控领域取得重要进展,成功利用激光脉冲实现特殊材料磁极方向的永久翻转。这一突破性成果发表于国际顶级学术期刊《自然》,为光电子芯片与电路的动态调控开辟了全新路径。
传统铁磁体磁极调控依赖热驱动机制:需将材料加热至临界温度以上破坏电子自旋有序排列,冷却后才能固定新方向。该过程不仅能耗高,且难以实现局部精准控制。研究团队创新性地采用两层轻微扭曲的二维有机半导体钼二碲化物,其独特的层状结构使电子能形成拓扑态——这种量子态具有类似球体与环面的本质差异,具有极强的稳定性。
实验表明,通过精确调控激光脉冲参数,可诱导材料在绝缘态与金属态间切换。尽管状态转变伴随电子相互作用变化,但自旋方向始终保持平行排列,维持铁磁特性。关键突破在于,激光能量被证实能够直接驱动整个铁磁体的自旋集体翻转,且该变化具有不可逆性。
材料的拓扑性质在此过程中发挥关键作用。研究团队发现,激光脉冲不仅改变磁极方向,还能在材料表面"绘制"出不同拓扑铁磁态的边界。这种空间分区的磁性调控能力,使得通过光学手段动态定义电路功能成为可能。为验证效果,科研人员使用弱激光探测反射光偏振特性,成功捕捉到自旋方向变化的光学信号。
该技术突破具有重要应用价值。在微芯片层面,光学写入的可重构拓扑电路可大幅降低能耗并提升集成度;在精密测量领域,基于该原理的微型干涉仪有望将电磁场检测灵敏度提升至新量级。特别值得注意的是,整个调控过程在常温下即可完成,避免了传统方法对极端条件的依赖。
这项研究重新定义了光与磁的相互作用方式。激光脉冲在此不仅作为能量载体,更成为精确操控量子态的"光学手术刀"。随着材料设计与激光控制技术的进一步发展,可调谐光电子器件的研发将进入快车道,为信息处理、量子计算等领域带来革命性变革。











