Fysikere så for første gang atomene i en krystall snu rotasjonen sin

Sett atomene i en krystall i rotasjon den ene veien, gi den bevegelsen videre til en andre indre vibrasjon, og rotasjonen kan komme ut og snurre den motsatte veien. Fysikere har nå sett det skje direkte inne i et fast stoff for første gang, og fanget øyeblikket da gitterets spinnmoment snudde mens det ble ført mellom to av krystallens egne vibrasjoner.

Teamet beskriver resultatet med en bevisst rar regning: 1 + 1 = −1. To rotasjoner i samme retning forente seg og ga én som snurret motsatt vei. Ingenting ble egentlig brutt i regnskapene, for det manglende vridet ble båret bort et annet sted i systemet, men den lokale effekten er den typen omslag som intuisjonen ikke tillater.

Objektet er vismutselenid, en krystall som allerede verdsettes i fysikken for sin uvanlige overflateoppførsel. Her teller det indre urverket. Atomer i et fast stoff sitter ikke fast; de rister i koordinerte mønstre kalt gittervibrasjoner, og noen av de mønstrene kan bære en rotasjon, et bitte lite lagret spinnmoment som ellers holdes ryddig bokført.

For å se det bevege seg måtte teamet skyve hardt og se raskt. De avfyrte ultrasterke terahertz-laserpulser for å tvinge en vibrasjon inn i en sirkulær, roterende bevegelse, og brukte så en andre ultrarask puls for å se hva som skjedde da rotasjonen koblet seg til en nabovibrasjon. Omslaget viste seg i måten den andre pulsen kom tilbake på.

Det interessante er ikke kunststykket, men hva det åpner. Spinnmoment fanget i vibrasjoner er en av de skjulte trådene bak magnetisme, og å følge det mens det hopper mellom vibrasjoner gir forskerne et direkte grep om en prosess som til nå måtte utledes. Behersker man det grepet, kan det bli en måte å styre de eksotiske materialene som kvanteteknologi hviler på.

Funnet fortjener foreløpig en snever lesning. Det ble laget i en bestemt krystall, under laserfelt langt sterkere enn noe i hverdagselektronikk, og rotasjonen som snur er gitterets kollektive rotasjon, ikke frie atomer som tumler bakover som løse kuler. Om det samme omslaget dukker opp i andre materialer, og om det kan utnyttes snarere enn bare observeres, er åpne spørsmål.

Arbeidet, utført av et samarbeid mellom Fritz Haber-instituttet ved Max Planck-selskapet, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf og TU Dresden med partnere i Jülich og Eindhoven, kom i Nature Physics i mai 2026. Den samme laserteknikken som avslørte omslaget er verktøyet gruppene nå vil rette mot andre krystaller, for å finne ut hvor vanlig den bakvendte rotasjonen egentlig er.