万物皆有辐射，无论是一扇车门、一双鞋还是一本书的封面，任何比绝对零度还要热的东西都可以。几乎所有的东西都在不断地以光子的形式释放辐射，光子是光的量子粒子。通常还存在一个双过程——吸收。当光子带走能量时，从环境中经过的能量可以被吸收来补充能量。当吸收和排放以相同的速度发生时，科学家说一个物体与其环境处于平衡状态，这通常意味着物体和环境具有相同的温度。
失去平衡，新的行为就会出现，根据发表在《物理评论快报》上的研究，JQI和密歇根州立大学科学家在一项新研究中指出，如果某些材料比周围环境更热，它们可能会经历自发的扭曲力。JQI的博士后研究员，密歇根州立大学的助理教授，该研究的第一作者Mohammad Maghrebi说：由于温度与环境的不同，材料可能会感觉到扭矩，这是非常不寻常的。这种效应还没有在实验中被观察到，预计会出现在一种叫做拓扑绝缘体(TI)的材料薄带中。
这种材料允许电流在表面流动，但不能通过内部，在这种情况下，研究人员对TI做了两个额外的假设，一是它比周围的环境要热。另一个原因是钛有一些磁性杂质，会影响其表面电子的行为。这些磁性杂质与电子的量子特性(自旋)相互作用，自旋是电子基本特性的一部分，很像电荷，它描述了粒子的固有角动量——物体继续旋转的趋势。光子也能携带角动量。虽然电子在物理上不旋转，但它们仍然可以获得和失去角动量，尽管只是在离散的块中。
每个电子都有两个向上和向下的自旋值，而确磁性杂质保其中一个电子的能量高于另一个。在有这些杂质存在的情况下，电子可以通过发射或吸收携带适量能量和角动量的光子，将自旋从上到下翻转，反之亦然。Maghrebi和JQI研究员Jay Deep Sau，Alexey Gorshkov，证明了这种钛的辐射带有一个旋转方向的角动量，就像顺时针旋转的开塞钻一样。当材料被留下的角动量的不足，导致它感觉到一个相反方向的扭矩(在这个例子中，逆时针方向)。
这是发现这种效应的理想方法，因为它们在电子和光之间起着正确的相互作用。它已经把电子自旋和运动的动量联系起来了，而正是通过这种运动，物质中的电子才会吸收和发射光。如果在这种特殊TI表面上的一个电子开始自旋向上，可以通过改变自旋从上到下并发射光子来释放能量和角动量。由于钛比它周围的环境要热，电子从上到下翻转的频率要比从下到上翻转的频率高。这是因为环境温度较低，缺乏能量来替代来自钛的辐射。
这种不平衡结果是一个扭矩薄的TI样品，由随机发射的辐射驱动，未来实验可能会以两种方式之一观察到这种效果。最有可能的方法是间接的，电流通过TI并收集发出的光来加热，通过测量辐射的平均角动量，实验可以发现这种不对称性，并证实新预测的一个结果。一个更直接，也可能更困难的观察方法是通过寻找微小旋转来实际测量薄膜上的扭矩。
博科园｜研究/来自：联合量子研究所
参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.055901
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