一束激光“闪”一下，磁体方向就翻转——光控技术取得重大突破

铁磁体之所以有磁性，是因为材料内部大量电子的‘自旋’（一种内禀磁性）整齐朝同一方向排列，从而形成稳定磁场，比如冰箱贴或指南针里的磁铁。这种有序排列只有在温度足够低时才能维持——一旦升温超过特定临界温度，热运动就会打乱自旋方向，磁性消失；降温后，自旋会重新排队，但可能指向新方向，从而实现磁极翻转。传统方法靠加热来完成这一过程。而巴塞尔大学的托马什·斯莫连斯基教授与苏黎世联邦理工学院的阿塔奇·伊马莫卢教授团队另辟蹊径：他们仅用一束激光脉冲，就在不升高材料整体温度的前提下，成功让整个铁磁体的自旋集体转向，永久改变其磁极方向。实验中使用的是一种人工设计的二维材料——两层原子级薄的有机半导体二碲化钼，两层之间带有微小扭转角度。这种‘魔角’结构催生出特殊的电子行为，使电子能进入‘拓扑态’：就像球体和甜甜圈无法通过连续形变互相转化一样，不同拓扑态之间存在本质区别、不可平滑过渡。研究发现，无论电子处于绝缘型还是导电型拓扑态，强电子相互作用都会促使自旋平行排列，形成铁磁态。更关键的是，激光不仅能翻转磁极，还能在材料内部‘画出’新的微观区域，在其中实时创建并调控具有特定拓扑性质的铁磁态。研究人员用另一束弱激光照射样品，通过分析反射光的偏振变化，精确验证了仅几微米大小的磁体确实完成了磁极反转。该技术有望在未来芯片上‘光学写入’可编程的拓扑电路，例如微型干涉仪，用于探测极其微弱的电磁信号，大幅提升传感精度。