親子觀星會

https://technews.tw/2020/05/19/quantum-material-spin-orbital-state-electron-orbitronic/

在設計電子設備時，科學家思考著如何操縱電子的電荷、自旋態與原子軌域（軌態），並且後兩者變化常常牽扯在一起。然而美國 SLAC 國家加速器實驗室最近研究發現，可以利用雷射脈衝改變一個材料的電子自旋態、但同時維持軌態不變。
釹鍶錳氧（NSMO）這種量子材料已存在逾 30 年，它具有極薄結晶層，並且被用於藉磁場將一種電子自旋態（spin state）切換到另一種電子自旋態的訊息儲存設備中；NSMO 也被認為是製造基於史科子（skyrmion）的儲存裝置材料。

但這種材料非常複雜，和當今熟悉的半導體材料不同，NSMO 是量子材料，電子並非獨立行動而通常是協同表現，因此很難在控制單一電子行為的情況下不影響其他特性。

研究這種材料的一種常見方法是用雷射光照射它，以觀察電子如何應對能量的注入，由史丹佛大學材料與能源科學研究所（SIMES）科學家 Joshua Turner 領導的國際研究團隊，便利用 SLAC 的 LSLC 雷射器觀察材料。

研究人員原本預期看到材料吸收近紅外雷射脈衝時，材料中原本有序的電子自旋態和軌態會變得混亂，然而驚訝的是，他們只看到自旋態「熔化」，軌態卻保持不變。

就像在自旋電子學中切換電子自旋態一樣，科學家也可以切換電子軌態來達到類似目的，而基於後者的設備運行速度，理論上比前者快 10,000 倍。現在科學家發現可用太赫茲輻射級短脈衝而非磁場在 2 個軌態間進行切換，若能結合兩者，將為新應用提供更佳效能。

新論文發表在《物理評論 B》（Physical Review B Rapid Communications）期刊。