量子材料是未来闪电般快速、节能的信息系统的关键。然而，利用它们的转化潜力的问题在于，在固体中，大量的原子往往会淹没电子的奇异量子特性。
莱斯大学量子材料实验室的研究人员、科学家Hanyu Zhu发现，当原子绕圈运动时，它们也能创造奇迹:当稀土晶体中的原子晶格随着一种被称为手性声子的螺旋形振动而变得活跃时，晶体就会变成磁铁。这项研究得到了美国国家科学基金会两项研究拨款的部分支持，其中包括一项职业奖，其中一名作者是美国国家科学基金会研究生研究员。这项研究发表在《Science》杂志上。
根据这项研究，将氟化铈暴露在超快的光脉冲下，会使它的原子跳舞，暂时利用电子的自旋，使它们与原子旋转对齐。由于原子只在特定的频率下旋转，并且在较低的温度下运动更长的时间，额外的频率和温度相关的测量进一步证实了磁化是由于原子的集体手性舞蹈而发生的。
“原子运动对电子的影响是令人惊讶的，因为电子比原子轻得多，也快得多，”朱说。“如果原子顺时针或逆时针运动，也就是说，在时间中向前或向后运动，物质的性质将保持不变——物理学家将这种现象称为时间反转对称。”
原子的集体运动打破时间反转对称性的想法是相对较新的。手性声子现在已经在一些不同的材料中得到了实验证明，但它们究竟是如何影响材料性质的还不是很清楚。
Zhu说:“我们决定专注于一种叫做自旋声子耦合的迷人现象。”自旋声子耦合在诸如向硬盘上写入数据之类的实际应用中起着重要作用。
在他们的新实验中，朱和团队成员必须找到一种方法来驱动原子晶格以手性方式移动。这既需要选择合适的材料，也需要在合作者的理论计算的帮助下，以合适的频率产生光，使其原子晶格形成漩涡。
除了从研究结果中获得对自旋声子耦合的见解外，实验设计和设置将有助于为磁性和量子材料的未来研究提供信息。
