激光揭示了金、铜和铝的隐藏特性

百年谜题：为何我们无法观测光学霍尔效应？

一个多世纪以来，科学家们已知电流在磁场中会发生偏转——这种现象被称为霍尔效应。在铁等磁性材料中，该效应显著且已被充分理解。但在铜或金等普通非磁性金属中，这种效应要微弱得多。

理论上，一种相关现象——光学霍尔效应——应能帮助科学家可视化光与磁场相互作用时电子的行为。但在可见光波长下，该效应始终过于微弱而难以检测。科学界虽知其存在，却缺乏测量工具。

"这就像几十年来试图在嘈杂的房间里听清耳语，"Amir Capua教授解释道，"所有人都知道耳语存在，但我们没有足够灵敏的麦克风来捕捉它。"

破解密码：透视不可见现象

在希伯来大学电气工程与应用物理研究所的Nadav Am Shalom博士候选人、Amir Capua教授与魏茨曼科学研究所Binghai Yan教授、宾夕法尼亚州立大学及曼彻斯特大学Igor Rozhansky教授的合作研究中，团队聚焦物理学中的棘手挑战：如何在非磁性材料中检测微弱磁效应。

"铜、金等金属看似具有磁学'惰性'——它们不会像铁那样吸附在冰箱上，"Capua教授说明，"但实际上在特定条件下，它们确实会对磁场产生响应——只是方式极其微妙。"

核心难题始终在于如何检测这些微弱效应——尤其是在激光源易得的可见光谱范围内。此前，信号微弱得根本无法观测。

放大磁学"耳语"

研究团队升级了磁光克尔效应(MOKE)技术，该方法通过激光测量磁性如何改变光的反射。这就像用高能手电捕捉黑暗中物体表面的最微弱反光。

通过将440纳米蓝色激光与外磁场的强振幅调制相结合，他们显著提升了技术灵敏度。最终成功在铜、金、铝、钽、铂等非磁性金属中捕获磁"回声"——这一成就曾被视作近乎不可能。

重要意义：当噪声成为信号

霍尔效应是半导体工业和原子尺度材料研究的关键工具：它能帮助科学家测算金属中的电子数量。但传统测量方法需在器件上连接微型导线，这一过程耗时且困难，尤其面对纳米级元件时。新技术则仅需用激光照射电子器件，无需导线连接。

深入研究后，团队发现信号中看似随机的"噪声"实则具有规律性，与名为自旋-轨道耦合的量子特性相关——该特性将电子运动与其自旋关联，是现代物理学的重要行为。

这种关联还影响磁能在材料中的耗散方式。这些发现对磁存储器、自旋电子器件乃至量子系统的设计具有直接意义。

"就像发现收音机杂音不仅是干扰——而是有人在传递有价值的信息，"Am Shalom博士候选人表示，"我们现在用光来'聆听'电子发出的隐藏信息。"

未来展望：自旋与磁学研究新窗口

该技术为探索金属磁性提供了非侵入式高灵敏度工具——无需强磁场或低温环境。其简便性和精确性将助力工程师开发更快的处理器、更高能效的系统及超高精度传感器。

"这项研究将存在近150年的科学难题转化为新机遇，"Capua教授指出。

"有趣的是，连霍尔效应发现者Edwin Hall这样伟大的科学家，也曾尝试用光束测量该效应却未成功。他在188年著名论文的结尾写道：'我认为，若银的效应能达到铁的十分之一强度，就应该能被检测到。但并未观测到任何效应。'"

"通过调谐至正确频率——并明确观测方向——我们找到了测量'不可见现象'的方法。"