激光刚刚揭示了金、铜、铝不为人知的一面

长期未解之谜：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会在磁场中发生偏转——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里听见低语，"Amir Capua教授表示，"所有人都知道低语存在，但我们没有足够灵敏的'麦克风'来捕捉它。"

破解密码：深入观测不可见现象

在希伯来大学电气工程与应用物理研究所的博士生Nadav Am Shalom和Amir Capua教授领导下，与魏茨曼科学研究所的Binghai Yan教授、宾夕法尼亚州立大学及曼彻斯特大学的Igor Rozhansky教授合作，这项研究聚焦于物理学中一项棘手的挑战：如何检测非磁性材料中的微弱磁效应。

"你或许认为铜、金等金属具有磁学'惰性'——它们不像铁那样能吸附在冰箱上，"Capua教授解释道，"但事实上，在适当条件下，它们确实会对磁场产生响应——只是方式极其微弱。"

核心挑战始终在于如何检测这些微弱效应——尤其在激光源易于获取的可见光谱波段。迄今为止，相关信号因过于微弱而无法观测。

放大磁学"低语"

为此，研究团队升级了磁光克尔效应(MOKE)技术——该技术利用激光测量磁性能量如何改变光的反射。这如同使用强力手电在黑暗中捕捉物体表面的最微弱反光。

通过将440纳米蓝色激光与外部磁场的大幅调制相结合，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获磁学"回声"——这一成就曾被视作近乎不可能。

核心价值：当噪声转化为信号

霍尔效应是半导体工业及原子尺度材料研究的关键工具：它帮助科学家确定金属中的电子数量。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，尤其处理纳米级元件时。而新方法仅需向电子设备投射激光，无需导线连接。

深入研究发现，信号中看似随机的"噪声"实际具有明确规律，它与名为自旋轨道耦合的量子特性相关——该效应将电子运动与其自旋关联，是现代物理学中的关键行为。

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。

"如同发现收音机里的静电杂音不仅是干扰——而是有人在低语关键信息，"博士生Am Shalom表示，"我们正用光'倾听'电子传递的这些隐藏信息。"

未来展望：探索自旋与磁性的新窗口

该技术提供了一种非侵入式、高灵敏度的金属磁性探测工具——无需巨型磁体或低温环境。其简洁性与精确度有望助力工程师开发更快速的处理器、更高能效的系统及具有突破性精度的传感器。

"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。

"值得注意的是，连发现霍尔效应的伟大科学家埃德温·霍尔本人，也曾尝试用光束测量该效应却未获成功。他在1881年那篇著名论文的结语中写道：'我认为，若银的效应能达到铁的十分之一强度，便应能被检测。但实验中未观测到类似效应。'"

"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认为不可见现象的方法。"