研究人员最近发现，激光形式的光可以在普通的非磁性材料中触发某种磁性。这种磁性集中表现在电子的行为上。这些亚原子粒子具有被称为“自旋”的电子特性，在量子计算机中具有潜在的应用。

研究人员通过实验发现，当被来自激光的光子照射时，材料内的电子会朝着同一个方向。该实验由华盛顿大学、香港大学和太平洋西北国家实验室的科学家领导，他们的研究于4月20日发表在《自然》杂志上。

论文共同资深作者、华盛顿大学物理系和材料科学与工程系教授、同是也是太平洋西北国家实验室科学家的Xiaodong Xu表示，通过在这种尺度和精度水平上去控制和对齐电子自旋，该平台可以在量子模拟等领域得到应用。

Xu教授说：“在这个系统中，我们基本上可以使用光子来控制被困在半导体材料中的电荷的‘基态’特性——如磁性。这是为量子计算和其他应用开发某些类型的量子比特(或称量子位)所需的必要控制水平。”

该团队使用了二硒化钨和二硫化钨的超薄薄片——它们每层只有三个原子的厚度。两者都是半导体材料，其中的电子会以介于全导电金属和绝缘体之间的速度穿过它们。研究人员将这两种材料薄层叠起来形成了“莫尔超晶格”，这是一种由重复单元组成的堆叠结构。

像这样的堆叠薄片是研究量子物理学和材料的强大平台，因为超晶格结构可以将激子保持在适当的位置。激子是由受激电子和空穴由于库仑力引起而形成的束缚态。科学家可以测量这些激子在不同超晶格配置环境中的性质和行为如何变化。

研究人员在研究材料内的激子特性时，他们惊奇地发现光触发了普通非磁性材料内的关键磁性。激光提供的光子在激光束路径内激发了激子，这些激子在其他电子之间引发了一种长程相关性，它们的自旋都指向相同的方向。

Xu教授说：“这就好像超晶格中的激子已经开始与空间分离的电子进行‘对话‘。通过激子，电子建立了交换相互作用，形成了所谓的具有对齐自旋的‘有序状态’。”

研究人员在超晶格中发现的自旋排列是铁磁性的特征，铁磁性是铁等材料固有的磁性形式。它通常不存在于二硒化钨和二硫化钨中。Xu教授表示，莫尔超晶格中的每个重复单元本质上就像有一个量子点来“捕获”电子自旋。可以相互“交谈”的被困电子的自旋被认为是一种量子比特的基础。量子比特是量子计算机的基本单位，它可以利用量子力学的独特性质进行计算。

这一发现还阐明了材料结构与其磁性间的关系，这可能会推动计算、数据存储和其他领域的未来发展。Xu教授说：“它向你展示了隐藏在由二维量子材料形成的莫尔超晶格中的磁性‘惊喜’。除非你仔细观察，否则你永远无法确定你会找到什么。”（编译:Qtech）