突破牛顿第三定律：科学家实现光控非互易磁相互作用，为量子材料控制开辟新途径

其研究表明，在特定频率的光照下，磁性金属可产生一种力矩，使两层磁性薄膜自发进入持续的“追逐旋转”状态。这项成果为非平衡态材料科学开辟了新方向，并可能为光控量子材料带来新应用。在平衡态系统中，物理过程通常遵循自由能最小化原则，即“作用力与反作用力相等”。然而，在非平衡系统中，如生物活性物质或活性物质系统中，常出现“非互易相互作用”现象。例如，大脑中兴奋与抑制性神经元之间的作用是非对称的，捕食者与猎物之间的关系也是如此；在光学活性介质中，胶体颗粒之间也可表现出非互易作用。研究人员由此提出一个问题：这种现象能否在固体电子系统中实现？东京科学大学物理系副教授花井亮领导的研究团队，与冈山大学大槻太毅副教授、京都大学田财里奈助理教授合作，给出了肯定答案。相关研究成果已于2025年9月发表于《自然?通讯》。花井亮解释称：“我们的研究提出了一种通用方法，可以利用光将原本对称的自旋相互作用转变为非互易相互作用。以磁性金属中的著名相互作用——RKKY相互作用——为例，我们证明当光的频率被精确调节，使部分自旋开启衰减通道而另一些保持非共振状态时，该相互作用会呈现出非互易特征。”研究团队基于自然界中广泛存在的非平衡与非互易现象，提出了“耗散工程”方案：通过光照选择性激活磁性金属中的衰减通道，从而在不同自旋间造成能量注入不平衡，诱导非互易磁相互作用。当这一方案应用于双层铁磁系统时，研究人员预测到一种此前仅在活性物质研究中提出过的“非互易相变”。在光照条件下，一层磁层倾向于与另一层平行，而另一层则倾向于反平行，最终导致磁化方向的自发、持续旋转。这一“手性”相变代表了一种破坏作用-反作用对称性的全新状态。研究还指出，实现这种非互易相变所需的光强度在现有实验条件下已可实现。花井亮总结道：“我们的研究不仅为光控量子材料提供了新的调控手段，还在活性物质物理与凝聚态物理之间架起了桥梁。未来，这一机制有望应用于强关联电子体系的莫特绝缘态、多能带超导体，以及光声子介导的超导现象。”研究团队认为，该理论还可能推动新型自旋电子器件及可调频振荡器的研发，为下一代光控量子技术提供新的物理基础。亚汇网附论文DOI:10.1038/s41467-025-62707-9。广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，亚汇网所有文章均包含本声明。