近日，Nature在线发表了麻省理工学院Nuh Gedik课题组的研究论文，题目为「Terahertz field-induced metastable magnetization near criticality in FePS₃」，论文的第一作者为Batyr Ilyas、Tianchuang Luo、Alexander von Hoegen和Emil Viñas Boström。
利用光控制量子材料的功能特性已经成为凝聚态物理学的前沿，导致各种光诱导物质相的发现，如超导性、铁电性、磁性和电荷密度波。然而，在大多数情况下，光诱导相在光关闭后在超快时间尺度上恢复平衡，限制了它们的实际应用。
在此研究中，作者使用强烈的太赫兹脉冲在范德华反铁磁体FePS₃中诱导亚稳态磁化，其寿命非常长，超过2.5毫秒。随着温度接近反铁磁转变点，亚稳态变得越来越稳健，这表明临界序参数波动在促进寿命延长方面起着重要作用。通过将第一性原理计算与经典蒙特卡罗和自旋动力学模拟相结合，研究发现特定声子模式的位移以一种有利于Néel温度附近具有有限磁化基态的方式调节交换耦合。这一分析还阐明了主导反铁磁序的临界涨落如何放大新磁态的大小和寿命。研究发现表明，通过使用太赫兹光的非热路径，可以有效地操纵层状磁体的磁基态，并将具有增强序参数波动的临界点附近区域确立为寻找亚稳态隐藏量子态的有前景区域。
图1 | FePS₃的晶体结构。
图2 | 实验原理图和太赫兹场驱动低能模式。
图3 | 具有净磁化的太赫兹场诱导非平衡态。
图4 | 光诱导态的衰减时间超过2 ms。
图5 | Q₂声子的非线性激发引起净磁化，临界涨落有利于其亚稳态。
论文链接：
Ilyas, B., Luo, T., von Hoegen, A. et al. Terahertz field-induced metastable magnetization near criticality in FePS₃. Nature, 2024, 636, 609–614. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08226-x
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