バーゼル大学とETHチューリッヒの科学者らが、材料を加熱せずに集束レーザー光で特殊な強磁体の極性を反転させた。この成果はNature誌に詳述されており、単一の実験で電子間相互作用、トポロジー、および動的制御を組み合わせている。この手法は、チップ上での将来の光ベース電子回路を示唆している。
強磁体は安定した磁場を生み出すために電子スピンの整列に依存しており、極性を反転するには通常、臨界温度以上に加熱する必要がある。しかし、バーゼル大学のTomasz Smoleński教授とETHチューリッヒのAtaç Imamoğlu教授が率いるチームは、レーザー光を用いた無加熱の代替手法を実証した。nn研究者らは、モリブデン二テルライドの2つの原子薄膜層からなる材料を使用し、わずかなねじれ角で積層することで異常な電子特性を誘起した。この構造により、電子はトポロジカル状態を形成し、ボールとドーナツの違いのように滑らかな変形に抵抗する。これらの状態では、絶縁体であれ金属体であれ、電子間相互作用がスピンを強磁性配置に整列させる。nnレーザーパルスを照射することで、チームは集団スピン方位を変え、永続的なスイッチングを実現した。「我々の主な成果は、レーザーパルスを使ってスピンの集団方位を変えられるということだ」と、ETHチューリッヒの博士課程学生で、Kilian KuhlbrodtおよびTomasz Smoleńskiとともに測定を行ったOlivier Huber氏は述べた。トポロジーはスイッチングダイナミクスに影響を与え、レーザーはトポロジカル強磁性領域の内部境界の作成も可能にした。nn極性反転は、2番目の弱いレーザー光の反射光を解析することで検証され、マイクロメートルスケールの強磁体でのスピン再配向を確認した。「我々の仕事の魅力的な点は、現代凝縮系物理学の3つの大きなトピック、すなわち電子間の強い相互作用、トポロジー、および動的制御を単一の実験で組み合わせていることだ」とImamoğlu教授は説明した。nnこの知見はNature誌に「Optical control over topological Chern number in moiré materials」（著者：O. Huber、K. Kuhlbrodtら、DOI: 10.1038/s41586-025-09851-w）として掲載された。Smoleński氏は、これを活用してチップ上に適応可能なトポロジカル回路を光学的に書き込み、小さな電磁場を検出する小型干渉計などの精密センシングに活用することを展望している。