物理學家首次捕捉到晶體中原子反轉自旋的瞬間

讓晶體中的原子朝一個方向轉動，把這股運動交給第二種內部振動，轉動可能以相反的方向出來。物理學家如今首次在固體內部直接看到這一幕，捕捉到晶格的角動量在晶體自身兩種振動之間傳遞時發生反轉的瞬間。

團隊用一道故意古怪的算式來描述這個結果：1 + 1 = −1。兩個指向同一方向的轉動合在一起，卻產生了一個朝反方向轉的。帳面上其實什麼也沒被打破，因為缺失的那一份扭轉被系統中別處帶走了，但局部效應正是直覺所不允許的那種反轉。

這裡的對象是硒化鉍，一種因其不尋常的表面行為而早已被物理學看重的晶體。這裡要緊的是它內部的機械結構。固體中的原子並非固定不動，它們以被稱為晶格振動的協調圖樣顫動，其中一些圖樣能夠攜帶轉動，即一份通常帳目清楚的微小儲存角動量。

為了看清它如何移動，團隊必須用力推、迅速看。他們發射超強的太赫茲雷射脈衝，迫使一種振動進入圓形的旋轉運動，再用第二束超快脈衝觀察這股轉動與相鄰振動耦合時發生了什麼。反轉就顯現在第二束脈衝返回的方式之中。

有趣的不是這個把戲本身，而是它打開了什麼。被困在振動中的角動量，是磁性背後隱藏的線索之一，而能在它於振動之間跳躍時追蹤它，意味著研究者對一個迄今只能推斷的過程有了直接的把手。掌握這個把手，或許能成為操控量子技術所依賴的奇異材料的一條途徑。

眼下這一發現應當被狹義地解讀。它產生於一種特定的晶體，處於遠比日常電子學中任何東西都強的雷射場之下，而發生反轉的轉動是晶格的集體轉動，並非像散落彈珠那樣向後翻滾的自由原子。同樣的反轉是否出現在其他材料中，又能否被利用而不僅僅是被觀察，仍是懸而未決的問題。

這項工作由馬克斯·普朗克學會弗里茨·哈伯研究所、德勒斯登羅森多夫亥姆霍茲中心和德勒斯登工業大學，連同尤利希和埃因霍溫的合作者組成的合作完成，於2026年5月發表於《自然·物理學》。揭示出反轉的那套雷射技術，正是各團隊接下來打算對準其他晶體的工具，用以查明反向轉動究竟有多普遍。

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