علماء في جامعة بازل ومعهد ETH زيورخ عكسوا قطبية مغناطيس تخمّدي متخصص باستخدام شعاع ليزر مركّز، دون تسخين المادة. هذا الإنجاز، المفصّل في مجلة Nature، يجمع بين تفاعلات الإلكترونات والطوبولوجيا والتحكم الديناميكي في تجربة واحدة. الطريقة تشير إلى دوائر إلكترونية تعتمد على الضوء مستقبلاً على الرقائق.
تعتمد المواد التخمّدية على تآلف دورات الإلكترونات لإنشاء حقول مغناطيسية مستقرة، وهي عملية تتطلب عادة تسخيناً فوق درجة حرارة حرجة لعكس القطبية. ومع ذلك، أظهر فريق بقيادة البروفيسور الدكتور Tomasz Smoleński في جامعة بازل والبروفيسور الدكتور Ataç Imamoğlu في معهد ETH زيورخ بديلاً خالياً من الحرارة باستخدام ضوء الليزر. الاستخدامات الباحثون مادة تتكون من طبقتين ذاتيتين رقيقتين من ديتلوريد الموليبدينوم، مكدّستين بتواء طفيف لإثارة خصائص إلكترونية غير عادية. تسمح هذه الهيكلة للإلكترونات بتشكيل حالات طوبولوجية، والتي تقاوم التحوّل السلس مثل الفرق بين كرة وحلقة. في هذه الحالات، سواء عازلة أو معدنية، تؤلّف تفاعلات الإلكترونات الدورات في تكوين تخمّدي. بتطبيق نبضة ليزر، غيّر الفريق اتجاه الدوران الجماعي، محققاً تبديلاً دائماً. «نتيجتنا الرئيسية هي أننا نستطيع استخدام نبضة ليزر لتغيير الاتجاه الجماعي للدورات»، لاحظ Olivier Huber، طالب دكتوراه في معهد ETH زيورخ الذي أجرى القياسات إلى جانب Kilian Kuhlbrodt وTomasz Smoleński. أثرت الطوبولوجيا على ديناميكيات التبديل، كما مكّن الليزر من إنشاء حدود داخلية لمناطق تخمّدية طوبولوجية. تم التحقق من عكس القطبية بتحليل الضوء المنعكس من شعاع ليزر ثانٍ أضعف، مؤكّداً إعادة توجيه الدوران في المغناطيس التخمّدي على مقياس ميكرومتر. «ما يثير الإعجاب في عملنا هو أننا نجمع بين ثلاث مواضيع كبيرة في فيزياء المادة المكثّفة الحديثة في تجربة واحدة: التفاعلات القوية بين الإلكترونات، والطوبولوجيا، والتحكم الديناميكي»، شرح Imamoğlu. ظهرت النتائج في مجلة Nature تحت العنوان «Optical control over topological Chern number in moiré materials»، مع مؤلّفين يشملون O. Huber، K. Kuhlbrodt، وآخرين (DOI: 10.1038/s41586-025-09851-w). يتخيّل Smoleński استخدام هذا لكتابة دوائر طوبولوجية قابلة للتكييف بصرياً على الرقائق، ربما للحساسة الدقيقة مثل مقيّسات التداخل المصغّرة التي تكتشف حقولاً كهرومغناطيسية صغيرة.
