激光刚刚揭示出金、铜和铝的隐秘特性

长期存在的谜题：为何我们无法观测到光学霍尔效应？

一个多世纪以来，科学家们已知晓电流在磁场中会发生弯曲——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电子在光与磁场相互作用时的行为。但在可见光波长下，该效应过于微弱而难以探测。科学界虽知其存在，却缺乏测量的工具。

"这就像数十年间试图在嘈杂房间里听清耳语，"阿米尔·卡普阿教授表示，"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：深入观察无形之物

由希伯来大学电气工程与应用物理研究所的纳达夫·艾姆·沙洛姆博士候选人和阿米尔·卡普阿教授领导，并与魏茨曼科学研究所的颜冰海教授、宾夕法尼亚州立大学以及曼彻斯特大学的伊戈尔·罗赞斯基教授合作，这项研究聚焦于物理学中的棘手挑战：如何探测非磁性材料中的微弱磁效应。

"你或许认为铜和金等金属在磁学上是'安静'的——它们不像铁那样能吸附在你的冰箱上，"卡普阿教授解释道，"但现实中，在适当条件下，它们确实会对磁场产生响应——只是方式极其微妙。"

挑战始终在于如何探测这些微弱效应——尤其在激光源易于获取的可见光谱范围内使用光进行探测时。迄今为止，信号始终过于微弱而无法观测。

放大磁学'耳语'

为此，研究人员升级了磁光克尔效应（MOKE）方法，该方法利用激光测量磁性能量如何改变光的反射。可以将其想象为使用高功率手电筒捕捉黑暗中物体表面最微弱的反光。

通过将440纳米蓝光激光与外部磁场的大幅调制相结合，他们显著提升了该技术的灵敏度。结果：他们成功探测到铜、金、铝、钽和铂等非磁性金属中的磁"回波"——这一壮举此前被认为几乎不可能实现。

意义所在：当噪声变为信号

霍尔效应是半导体产业和原子尺度材料研究的关键工具：它帮助科学家测算金属中的电子数量。但传统霍尔效应测量需要在器件上物理连接微型导线，这个过程既耗时又复杂，尤其在处理纳米级元件时。而新方法则简单得多：仅需将激光照射在电子器件上，无需导线。

深入研究后，团队发现信号中看似随机的"噪声"实则完全遵循特定规律。它与一种称为自旋轨道耦合的量子特性相关联——该特性将电子运动与其自旋联系起来，这是现代物理学中的关键行为。

这种关联还影响着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。

"这就像发现收音机里的静电噪声不仅是干扰——而是有人在低语宝贵信息，"博士候选人艾姆·沙洛姆表示，"我们现在利用光来'聆听'电子传递的这些隐藏信息。"

展望未来：探索自旋与磁性的新窗口

该技术提供了一种非侵入式、高灵敏度的工具，用于探索金属中的磁性——无需巨型磁体或低温环境。其简洁性与精确性可助力工程师构建更快速的处理器、更高能效的系统以及具备空前精度的传感器。

"这项研究将存在近150年的科学难题转化为新机遇，"卡普阿教授表示。

"值得注意的是，即便是发现霍尔效应的最伟大科学家埃德温·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，若银的作用强度能达到铁的十分之一，此效应应可被探测到。但并未观测到此类效应。'（E. Hall, 1881）。"

"通过调谐至正确频率——并知晓观测方向——我们找到了测量曾被视为不可见现象的方法。"