江苏激光联盟导读：奇！兰卡斯特大学的研究人员通过找到正确的颜色来利用激光脉冲来控制磁铁，实现了探测或观察光在在磁铁上的作用。

科学家发现了 新的办法来利用激光脉冲（脉冲时间小于百万兆分之一）来操控磁铁

兰卡斯特大学和拉德堡德大学的联合研究团队，通过识别光的波长或颜色，从而实现最为有效的控制。这一研究成果以“Resonant Pumping of dd Crystal Field Electronic Transitions as a Mechanism of Ultrafast Optical Control of the Exchange Interactions in Iron Oxides”为题发表在顶刊《 Physical Review Letters》上。

实验测试结果

在远古时代开始，磁铁就引起人们的广泛兴趣，但直到100多年以前，对磁铁的理解依然存在诸多难以解释的地方。随着量子力学的发展和发现每一电子 固有磁场或内在的旋转的这一事实 ，这一困境即将打破。

这一旋转被看成是一个初级的指南针，比较典型的被描述为一个箭头指明从北极到南极的方向。在磁铁中，所有的快速旋转沿着一个称之为交换交互作用力的方向进行。这一交互作用力是一种最强的量子效应，这一效应同现存的磁性材料相关。

交互作用力的强度可以归因于这一事实，它可以产生的磁场强度是地球磁场强度的10,000倍。另外一个关于其磁场强度的解释就是它可以以万亿分之一秒 的周期进行驱动旋转，甚至是更快的速度进行旋转。

操控交互作用力的变化将会将被非常有效和最终可以快速的实现对磁铁的控制。为了实现这一目标，研究人员使用非常快速且最强的刺激：超快激光脉冲激励。

然而，为了探测或观察光在在磁铁上的作用，我们需要一个超快的磁力计来测量，这是一个可以在万亿分之一秒的分辨率内 追踪旋转的动力学。这以分辨率比当前的任何电子的分辨率都要快。

研究结果

但作者找到了高的分辨率测量技术来解决这一问题，来自兰卡斯特大学的该项目研究的领导者Rostislav Mikhaylovskiy博士解释说：旋转振荡在太赫兹频率的时候几乎是标准电力线频率（50Hz）的速度的一万亿倍。得益于这一高频率的振动，旋转就会作为 高效天线发射 电磁（能）辐射。通过分析发射辐射的性能，我们可以提取到超快的磁化动力学，通过交互作用力的光学转向来追踪。

通过系统的改变激光脉冲激励从红色到蓝色的颜色变化，科学家可以识别激光的波长，这一波长的光作用在磁铁上时是最强的。

Mikhaylovskiy博士说：观察到光对交互作用力的作用效果是真实存在的，这一点非常重要。通过调节激光波长或光的颜色，我们可以理解如何来增强这一效应。

这一激动人心的发现为兰卡斯特大学Mikhaylovskiy博士的研究开辟了一个新的研究方向。下一步将系统的研究磁铁的超快控制在更宽的光谱范围内的控制，同时比较他们在远红外、中红外和可见光范围内的泵浦效率。同时识别其最高的效率以及最快速的实现旋转操控的途径。最终这一新激光系统可以在这些光谱范围内产生激光脉冲将成为主要任务。

文章来源： R. V. Mikhaylovskiy et al. Resonant Pumping of dd Crystal Field Electronic Transitions as a Mechanism of Ultrafast Optical Control of the Exchange Interactions in Iron Oxides, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.157201