Forskare vid University of Konstanz har utvecklat en teknik för att förändra materialens magnetiska egenskaper med laserimpulser, vilket effektivt förvandlar ett material till ett annat vid rumstemperatur. Genom att excitera par av magnoner i vanliga hematitkristaller möjliggör metoden icke-termisk kontroll av magnetiska tillstånd och potentiell datatransmission i terahertzhastigheter. Detta genombrott kan tillåta studier av kvanteffekter utan extrem kylning.
Ett team av fysiker ledd av Davide Bossini vid University of Konstanz har uppnått ett betydande framsteg inom materialvetenskap genom att använda ljus för att omforma det magnetiska beteendet hos fasta ämnen. Tekniken involverar laserimpulser som koherently exciterar par av magnoner — kvanta av spinnvågor — vid höga frekvenser, och påverkar frekvenser och amplituder hos andra magnoner utan att generera värme. Denna icke-termiska process förändrar materialets unika uppsättning magnetiska resonanser, beskrivet av Bossini som dess 'magnetiska DNA' eller 'fingeravtryck', och får det temporärt att bete sig som ett annat material.
Upptäckten, publicerad i Science Advances den 24 oktober 2025 (volym 11, nummer 25, DOI: 10.1126/sciadv.adv4207), var oväntad. 'Resultatet var en stor överraskning för oss. Ingen teori har någonsin förutsagt det', uppgav Bossini. Han betonade att 'effekterna inte orsakas av laser-excitation. Orsaken är ljus, inte temperatur', vilket tillåter precis kontroll över magnetiska egenskaper.
Metoden bygger på allmänt tillgängliga hematitkristaller, en järnmalm som historiskt använts i kompasser. Till skillnad från tidigare metoder begränsade till lågfrekevent magnon-excitation riktar denna sig direkt mot högmomentum-par, och öppnar möjligheter för terahertz-hastighets datalagring och -transmission inom spintronik. Den adresserar databottlenecks från AI och Internet of Things genom att utnyttja kollektiva spinnvågor.
Dessutom antyder tekniken potential för rumstemperatur Bose-Einstein-kondensat av högenergi-magnoner, vilket möjliggör kvantforskning utan kylning till nära absolut noll. Arbetet genomfördes inom Collaborative Research Centre SFB 1432 om fluktuationer och icke-linjariteter i materia. Författarna inkluderar Christoph Schönfeld, Lennart Feuerer, Julian Bär och andra, med bidrag från Wolfgang Belzig, Ulrich Nowak, Alfred Leitenstorfer, Dominik Juraschek och Davide Bossini.