科学家用一束光改变了物质的本质

这听起来可能像科幻小说，但这项突破是真实的。由达维德·博西尼领导的康斯坦茨大学物理学家团队开发出了一种实验技术，该技术利用激光脉冲相干激发磁振子（自旋波的量子）对，取得了可能影响信息技术和量子研究的显著效果。他们的研究成果发表在《科学进展》上。

### 基于磁振子的技术
在深入了解之前，先弄清楚什么是磁振子以及它们为何重要会有所帮助。现代世界通过人工智能和“物联网”产生海量数据，当前的信息系统已不堪重负，数据瓶颈可能会减缓技术进步。

一种提出的解决方案是利用电子自旋——或者更好的是，许多自旋一起运动形成的波——来携带信息。这些集体自旋振荡被称为磁振子，它们的行为类似波，可被激光操控，有望实现太赫兹频率的数据传输和存储。

然而，到目前为止，科学家们只能利用光激发最低频率的磁振子，这限制了它们的潜力。要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。康斯坦茨团队现在找到了实现这一点的方法：通过直接激发材料中最高频率磁共振的磁振子对，他们发现了一种强大的新型控制方式。

### 巨大的惊喜
“这个结果让我们非常惊讶。没有任何理论预测过这一点，”达维德·博西尼说。这个过程不仅有效，还产生了惊人的效果。通过激光脉冲驱动高频磁振子对，物理学家们成功地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特性。“每种固体都有自己的一组频率：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，而这种新过程恰恰能影响这组频率。“可以说，它改变了材料的‘磁性DNA’，即它的‘指纹’，暂时来说，它实际上变成了一种具有新特性的不同材料。”

“这些效应不是由激光激发引起的，原因是光，而不是温度，”博西尼证实，“我们可以以非热方式改变材料的频率和特性。”其优势显而易见：这种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，且不会因热量堆积而减慢系统速度。

该过程的基础不需要特殊的高科技材料或稀土，而是自然生长的晶体——即铁矿石赤铁矿。“赤铁矿分布广泛，几个世纪前就已被用于航海罗盘，”博西尼解释道。赤铁矿未来完全有可能也用于量子研究。康斯坦茨团队的研究结果表明，使用这种新方法，研究人员将能够在室温下产生高能磁振子的光诱导玻色-爱因斯坦凝聚体。这将为无需大量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的涨落与非线性”的背景下进行的。