实验物理学家重新定义超快，相干磁！又要修改教科书？你手里的教材还好使吗？材料的电子性能，在飞秒(10^-15秒)内的光吸收直接受到影响，这被认为是电子电路最大可达速度的极限。相比之下，直到现在，物质的磁矩只受到光和磁链过程的影响，也只能通过磁场的绕行方式来影响，这就是为什么磁开关需要更长的时间，至少几百飞秒。
来自马普量子光学和微观结构物理研究所、马普波恩研究所、格赖夫斯瓦尔德大学和格拉茨理工大学研究人员组成的一个联合小组。直到现在才能够通过激光脉冲，在可见光电场振荡的时间尺度上操纵铁磁性材料的磁性，从而与电学特性同步。这种影响可以被加速到200倍，并通过时间分辨阿秒光谱测量和表示，其研究发表在《自然》上。
材料组成作为一个至关重要的标准
在阿秒光谱学中，磁性材料受到超短激光脉冲的轰击和电子影响。光线的闪烁在材料中引发了一种内在、通常是延迟的过程。电子激发转化为磁性能的变化。由于铁磁体与非磁性金属的结合，所述实验中的磁反应与电子反应一样快。在光学上能够实现电荷载体的空间重新分布，从而直接导致磁性能的改变。
同时在格赖夫斯瓦尔德的团队一起开发并生产了这种特殊的材料系统，通过这一点，超快磁场将具有全新的意义。柏林马克斯伯恩研究所(Max Born Institute)的研究员桑吉塔?夏尔马(Sangeeta Sharma)说：我们预计，在所有磁性和电子自旋发挥作用的应用领域，这都将带来显著的发展进步，并利用计算机模型预测了这一潜在过程。
向相干磁方向迈出的第一步
此外，研究人员在测量中表明，观察到的过程是连贯的：这意味着移动电荷载体的量子力学波性质得到了保留。这些条件允许科学家使用单个原子作为信息载体，而不是更大的物质单位，或者使用另一种特定的延迟激光脉冲来影响不断变化的磁性能，从而推进技术的小型化。从新的角度来看，这可能会促使类似于磁学领域的神奇发展，比如量子计算中的电子相干性。在许多早期实验中观察到的电子现象和磁现象之间神秘的相互作用，以及麦克斯韦方程组中所描述的现象，推动了现代电磁学的发展。
今天，超短激光脉冲电场的完全受控演化，使物质的电子性质能够直接和超快地调谐，而物质的电子性质是光波电子的基石。相比之下，由于光和自旋之间缺乏一阶相互作用，物质的磁性能只能通过一系列光激发和随后自旋结构的重新排列来间接地和在更长时间尺度上受到影响。在本研究实验，物理学家研究了超快相干磁的机制，并展示了如何通过光电场振荡直接控制铁磁层叠加的磁性能，从而将对外部刺激的磁响应时间缩短两个数量级。
为了实时跟踪展开动力学，开发了一种阿秒时间分辨磁圆二色性检测方案，揭示了光诱导自旋和轨道动量转移与光场驱动的相干电荷重定位同步进行。通过从头算量子动力学模型，展示了该机制如何同时控制自旋电子和磁性能，这对自旋电子的功能至关重要。研究揭示了自旋动力学的光场相干控制和初始非耗散时间域的宏观磁矩，并建立了光学频率作为未来相干自旋电子应用、自旋晶体管和数据存储介质的速度限制。
