光腔中的真空无需激光激励即可改变材料的磁性状态

研究人员首次进行了理论论证，证明原子薄材料 α-RuCl 3 的磁性状态可以仅通过将其放入光学腔中来控制。至关重要的是，仅腔内真空波动就足以将材料的磁序从锯齿形反铁磁体改变为铁磁体。该团队的工作已发表在 npj Computational Materials上。

材料物理研究的最新主题是使用强激光来改变磁性材料的性能。通过精心设计激光的特性，研究人员已经能够大幅改变不同材料的电导率和光学特性。然而，这需要高强度激光的连续刺激，并且会带来一些实际问题，主要是难以阻止材料升温。因此，研究人员正在寻找利用光对材料进行类似控制的方法，但无需使用强激光。

现在，德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所 (MPSD)、斯坦福大学和宾夕法尼亚大学(均位于)的理论家们提出了一种完全不同的方法来改变真实材料的磁性在空腔中——不使用任何激光。他们的合作表明，仅空腔就足以将锯齿形反铁磁体 α -RuCl 3转变 为铁磁体。

至关重要的是，该团队证明，即使在明显的空腔中，α-RuCl 3 也能感知电磁环境的变化并相应地改变其磁性状态。这是一种纯粹的量子力学效应，源于这样一个事实：在量子理论中，空腔(技术上称为真空态)从来都不是真正空的。相反，光场会波动，导致光粒子突然出现和消失，进而影响材料的特性。

“光学腔将电磁场限制在非常小的体积内，从而增强了光与材料之间的有效耦合，”MPSD 理论组的博士后研究员、主要作者 Emil Viñas Boström 解释道。“我们的结果表明，仔细设计腔电场的真空涨落可以导致材料磁性能的巨大变化。” 由于不需要光激发，该方法原则上避免了与连续激光驱动相关的问题。

这是第一个在真实材料中展示这种腔对磁性的控制的工作，并且遵循了先前对铁电和超导材料的腔控制的研究。研究人员希望设计特定的空腔将帮助他们认识新的、难以捉摸的物质相，并更好地理解光与物质之间微妙的相互作用。

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