Simon Schmitt, Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Ferris çarxında olduğu kimi, güclü terahers lazer kristalın atomlarını dəqiq dairəvi yollar boyunca hərəkət etdirir. Kristal qəfəsinin nəticədə yaranan kollektiv rəqsi ultraqısa lazer impulslarından istifadə edərək stroboskopik şəkildə izlənildi; mavi xətlər: ölçülmüş məlumatlar. Mənbə: Minakova/Maehrlein/Schröder

HZDR və Maks Plank Cəmiyyətinin Fritz Haber İnstitutunun alimlərinin də daxil olduğu beynəlxalq tədqiqatçılar qrupu ilk dəfə olaraq kristal qəfəs daxilində bucaq impulsunun necə ötürüldüyünü və qorunduğunu birbaşa müşahidə etdi. Tədqiqatçılar intensiv terahers lazer impulslarından istifadə edərək bu prosesləri seçici şəkildə idarə edə bildilər ki, bu da təəccüblü bir effekti ortaya qoydu: Bucaq impulsunun ötürülməsi zamanı materialın fırlanma simmetriyası səbəbindən fırlanma istiqaməti tərsinə çevrilir.

“Nature Physics” jurnalında dərc olunan nəticələr maqnetizmin təməli haqqında yeni məlumatlar verir və kvant materiallarının fərdi idarə olunması üçün imkanlar açır.

Enerji, impuls və bucaq impulsu kimi qorunan kəmiyyətlər təbiətin fundamental qanunlarını müəyyən edir. Qapalı sistemdə bu kəmiyyətlər həmişə qorunur: onlar yaradıla və ya məhv edilə bilməz, yalnız çevrilə və ya köçürülə bilər. Bucaq impulsu gündəlik həyatda fırlanan karusellər və ya velosiped sürmə zamanı tanış olsa da, kvant səviyyəsində mərkəzi rol oynayır – məsələn, maqnetizmin fundamental mənşəyi kimi.

Fizikada əsrlik bir sual

100 ildən çox əvvəl Albert Eynşteyn və Vander Yohannes de Haas məşhur təcrübələrində materialın maqnitləşməsinin dəyişdirilməsinin ölçülə bilən mexaniki fırlanmaya səbəb olduğunu nümayiş etdirdilər və bu da maqnit və mexaniki bucaq impulslarının daxili bağlı olduğunu ortaya qoydu. O vaxtdan bəri tədqiqatçılar yaranan bucaq impulsunun bərk cisim daxilində necə paylandığını, başqa sözlə, onun kristal qəfəs, atomların müntəzəm düzülüşü vasitəsilə necə ötürüldüyünü anlamağa çalışdılar.

Now, an international team of physicists from Berlin, Dresden, Jülich, and Eindhoven has succeeded in directly observing this process for the first time. The researchers show how angular momentum is transferred between different lattice vibrations—collective motions of atoms within the crystal. Their findings provide an important foundation for understanding how magnetism stabilizes and equilibrates in solids.

Tailored control of angular momentum with terahertz laser light

The team also succeeded in selectively controlling the rotational direction of atomic circular motions using ultra-strong laser pulses in the terahertz spectral range. These invisible laser pulses drive a specific lattice vibration into a circular trajectory, while a second ultrashort laser pulse probes another coupled vibration of the crystal. In doing so, the researchers observed a surprising effect: During the transition between these vibrations, the direction of angular momentum reverses.

This effect arises from the special rotational symmetry of the crystal lattice. Certain rotational states are physically equivalent, even though they rotate in opposite directions. The experimental observation therefore represents a direct quantum-mechanical “fingerprint” of angular momentum conservation in solids.

For the quantum material investigated here, bismuth selenide, an unusual picture emerges. The angular momenta bound to lattice vibrations—so-called lattice angular momenta—can combine in such a way that a rotation with twice the frequency but opposite rotational direction is generated. Conceptually, this “1 + 1 = −1” behavior corresponds to a so-called Umklapp process, in which the direction of motion is effectively reversed by the symmetry of the crystal lattice. Such a process has now been experimentally demonstrated for lattice angular momentum for the first time.

Discover the latest in science, tech, and space with over 100,000 subscribers who rely on Phys.org for daily insights. Sign up for our free newsletter and get updates on breakthroughs, innovations, and research that matter—daily or weekly.

“I find it extraordinarily elegant how the laws of physics are directly dictated by the symmetries of nature,” says Olga Minakova, doctoral researcher at the Fritz Haber Institute of the Max Planck Society and central experimental physicist of the study.

Sebastian Maehrlein, head of department at the Institute of Radiation Physics at HZDR, professor at TU Dresden, and leader of the study, adds, “For me, these are exceptionally exciting results. We have discovered something fundamentally new that will hopefully make its way into the textbooks.”

Uzunmüddətli perspektivdə bu tapıntılar kvant materiallarında ultra sürətli proseslərin hədəflənmiş idarə olunması üçün yol açır və gələcək informasiya texnologiyaları və yeni yaddaş cihazları üçün yeni istiqamətlər təmin edə bilər.

Nəşr detalları

Olga Minakova və digərləri, Kristal qəfəs rejimləri arasında bucaq impuls ötürülməsinin müşahidəsi, Təbiət Fizikası (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03274-8

Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası 

Əsas anlayışlar

MaqnetizmOptik və mikrodalğalı hadisələrKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarKristal sistemlərKondensasiya olunmuş maddədə simmetriyalar

Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən təmin edilir