激光刚刚揭示了金、铜和铝隐藏的一面

长久谜题：为何我们无法观测光学霍尔效应？

一个多世纪以来，科学家们已知晓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，该效应则微弱得多。

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探测。科学界虽知其存在，却缺乏测量工具。

"这就像数十年来试图在嘈杂房间中聆听耳语，"Amir Capua教授解释道，"人人都知道耳语存在，但我们没有足够灵敏的麦克风来捕捉它。"

破解密码：深入观察无形世界

由希伯来大学电气工程与应用物理研究所的Nadav Am Shalom博士生和Amir Capua教授领导，并与魏茨曼科学研究所、宾夕法尼亚州立大学的Binghai Yan教授及曼彻斯特大学的Igor Rozhansky教授合作，本研究聚焦于物理学中一个棘手挑战：如何在非磁性材料中探测微弱的磁效应。

"人们可能认为铜、金等金属具有磁学'惰性'——它们不会像铁那样吸附在冰箱上，"Capua教授阐述道，"但事实上，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。"

核心挑战始终在于如何探测这些微弱效应——尤其是在激光源广泛可用的可见光谱范围内。此前，信号过于微弱而无法观测。

放大磁性的低语

为此，研究人员升级了磁光克尔效应（MOKE）技术。该技术利用激光测量磁性如何改变光的反射，其原理如同使用高能手电筒在黑暗中捕捉表面最微弱的反光。

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的灵敏度。最终成功在铜、金、铝、钽和铂等非磁性金属中捕捉到磁"回波"——这一壮举曾被认为近乎不可能。

重要意义：当噪声转化为信号

霍尔效应是半导体工业和研究原子尺度材料的关键工具：它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细导线，该过程耗时且复杂，尤其在处理纳米级元件时。新技术则简便得多：仅需向电子设备照射激光，无需导线。

深入研究后，团队发现信号中看似随机的"噪声"实则有清晰规律。该模式与称为自旋轨道耦合的量子特性相关，该特性将电子运动方式与自旋方式关联——此乃现代物理学的关键行为。

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。

"如同发现无线电静电不仅是干扰——更有人在低语宝贵信息，"Am Shalom博士生描述道，"我们正用光'聆听'电子传递的隐藏信息。"

展望未来：探索自旋与磁性的新窗口

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。其简洁性与精确性可助力工程师开发更快的处理器、更高能效的系统及具有空前精度的传感器。

"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。

"耐人寻味的是，就连霍尔效应的发现者埃德温·霍尔本人也曾尝试用光束测量该效应却未成功。他在1881年那篇著名论文的结尾总结道：'我认为，若银的效应强度能达到铁的十分之一，此效应应可被探测。但实际未观测到任何效应。'"

"通过调谐至正确频率——并知晓何处寻觅——我们找到了测量曾被视为不可见现象的方法。"