物理学家首次捕捉到晶体中原子反转自旋的瞬间

让晶体中的原子朝一个方向转动，把这股运动交给第二种内部振动，转动可能以相反的方向出来。物理学家如今首次在固体内部直接看到这一幕，捕捉到晶格的角动量在晶体自身两种振动之间传递时发生反转的瞬间。

团队用一道故意古怪的算式来描述这个结果：1 + 1 = −1。两个指向同一方向的转动合在一起，却产生了一个朝反方向转的。账面上其实什么也没被打破，因为缺失的那一份扭转被系统中别处带走了，但局部效应正是直觉所不允许的那种反转。

这里的对象是硒化铋，一种因其不寻常的表面行为而早已被物理学看重的晶体。这里要紧的是它内部的机械结构。固体中的原子并非固定不动，它们以被称为晶格振动的协调图样颤动，其中一些图样能够携带转动，即一份通常账目清楚的微小储存角动量。

为了看清它如何移动，团队必须用力推、迅速看。他们发射超强的太赫兹激光脉冲，迫使一种振动进入圆形的旋转运动，再用第二束超快脉冲观察这股转动与相邻振动耦合时发生了什么。反转就显现在第二束脉冲返回的方式之中。

有趣的不是这个把戏本身，而是它打开了什么。被困在振动中的角动量，是磁性背后隐藏的线索之一，而能在它于振动之间跳跃时追踪它，意味着研究者对一个迄今只能推断的过程有了直接的把手。掌握这个把手，或许能成为操控量子技术所依赖的奇异材料的一条途径。

眼下这一发现应当被狭义地解读。它产生于一种特定的晶体，处于远比日常电子学中任何东西都强的激光场之下，而发生反转的转动是晶格的集体转动，并非像散落弹珠那样向后翻滚的自由原子。同样的反转是否出现在其他材料中，又能否被利用而不仅仅是被观察，仍是悬而未决的问题。

这项工作由马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所、德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心和德累斯顿工业大学，连同尤利希和埃因霍温的合作者组成的合作完成，于2026年5月发表于《自然·物理学》。揭示出反转的那套激光技术，正是各团队接下来打算对准其他晶体的工具，用以查明反向转动究竟有多普遍。

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