康斯坦茨的研究人员发现了一种通过激发磁振子对利用光操控材料的方法，重塑了其磁性“指纹”。这实现了磁态的非热调控以及太赫兹级速度的数据传输。利用简单的赤铁矿晶体，该技术有望实现室温量子效应。这一突破模糊了物理学与魔法之间的界限。
这听起来可能像科幻小说，但这项突破是真实的。康斯坦茨大学的一个物理学家团队在达维德·博西尼的领导下，开发了一种使这一切成为可能的实验技术。通过使用激光脉冲相干激发磁振子对（自旋波的量子），研究人员取得了可能影响信息技术和量子研究的显著成果。他们的发现发表在《科学进展》上。
基于磁振子的技术
在深入探讨之前，有必要了解什么是磁振子以及它们为何重要。现代世界通过人工智能和“物联网”产生了海量数据。我们当前的信息系统已在压力下不堪重负，数据瓶颈有可能减缓技术进步。
一个拟议的解决方案是利用电子自旋——或者更好的是，利用许多自旋协同运动的波——来携带信息。这些集体自旋振荡被称为磁振子。它们的行为像波一样，并且可以由激光操控，从而可能允许在太赫兹频率下进行数据传输和存储。
然而，到目前为止，科学家只能利用光在最低频率下激发磁振子，这限制了它们的潜力。为了将磁振子用于未来技术，研究人员必须能够调节其频率、振幅和寿命。康斯坦茨大学的团队现在找到了实现这一目标的方法。通过直接激发磁振子对——材料中最高频率的磁共振——他们发现了一种强大的新控制形式。
巨大的惊喜
“这个结果对我们来说是一个巨大的惊喜。没有任何理论预测过它，”达维德·博西尼说。这一过程不仅奏效，而且产生了惊人的效果。通过激光脉冲驱动高频磁振子对，物理学家成功以非热方式改变了其他磁振子的频率和振幅，从而改变了材料的磁性能。“每种固体都有自己的一套频率：电子跃迁、晶格振动、磁激发。每种材料都以自己的方式共振，”博西尼解释道。正是这套频率可以通过新过程受到影响。“它改变了材料的性质，可以说是‘材料的磁DNA’，即它的‘指纹’。暂时而言，它实际上已经变成了一种具有新性质的不同材料，”博西尼说。
“这些效应并非由激光激发所致。起因是光，而非温度，”博西尼确认道：“我们可以以非热方式改变材料的频率和性质。”其优势显而易见：该方法可用于未来的数据存储和太赫兹速率的快速数据传输，而不会因热量积聚导致系统变慢。
这一过程的基础不需要壮观的高科技材料或稀土，而是天然生长的晶体——即铁矿石赤铁矿。“赤铁矿分布广泛。几个世纪前，它就已经被用于航海罗盘，”博西尼解释道。赤铁矿完全有可能在未来也被用于量子研究。康斯坦茨团队的结果表明，利用新方法，研究人员将能够在室温下产生高能磁振子的光致玻色-爱因斯坦凝聚体。这将为无需深度冷却即可研究量子效应铺平道路。听起来像魔法，但这只是技术和前沿研究。
该项目是在合作研究中心SFB 1432“非平衡态经典和量子物质中的涨落和非线性”的框架下进行的。