Физики впервые увидели, как атомы кристалла разворачивают своё вращение

Закрутите атомы кристалла в одну сторону, передайте это движение второму внутреннему колебанию — и вращение может выйти крутящимся в обратную сторону. Физики впервые увидели, как это происходит прямо внутри твёрдого тела, поймав момент, когда угловой момент решётки развернулся, переходя между двумя её собственными колебаниями.

Команда описывает результат нарочито странной арифметикой: 1 + 1 = −1. Два вращения, направленные в одну сторону, объединились и дали одно, крутящееся в противоположную. В отчётности на самом деле ничего не нарушилось, потому что недостающий поворот унесла другая часть системы, но локальный эффект — это тот разворот, которого интуиция не допускает.

Речь идёт о селениде висмута, кристалле, который физика уже ценит за необычное поведение поверхности. Здесь важен его внутренний механизм. Атомы в твёрдом теле не закреплены: они дрожат согласованными узорами, которые называют колебаниями решётки, и некоторые из этих узоров способны нести вращение — крошечный запасённый угловой момент, обычно аккуратно учтённый.

Чтобы увидеть его в движении, команде пришлось давить сильно и смотреть быстро. Она выпустила сверхсильные терагерцовые лазерные импульсы, чтобы заставить одно колебание двигаться по кругу, а затем вторым сверхбыстрым импульсом следила за тем, что происходит, когда это вращение сцепляется с соседним колебанием. Разворот проявился в том, как возвращался второй импульс.

Интересен не сам трюк, а то, что он открывает. Угловой момент, запертый в колебаниях, — одна из скрытых нитей за магнетизмом, и возможность следить за ним, пока он перескакивает между колебаниями, даёт исследователям прямую рукоятку к процессу, который до сих пор приходилось выводить косвенно. Овладев этой рукояткой, можно получить способ управлять экзотическими материалами, на которых держатся квантовые технологии.

Пока вывод стоит читать узко. Он получен в одном конкретном кристалле, в лазерных полях куда сильнее всего, что есть в бытовой электронике, а вращение, которое разворачивается, — это коллективное вращение решётки, а не свободные атомы, кувыркающиеся назад, как рассыпанные шарики. Появляется ли тот же разворот в других материалах и можно ли его использовать, а не только наблюдать, — вопросы открытые.

Работа, выполненная сотрудничеством, в которое вошли Институт Фрица Габера Общества Макса Планка, Центр имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе и Технический университет Дрездена с партнёрами в Юлихе и Эйндховене, вышла в Nature Physics в мае 2026 года. Та же лазерная методика, что выявила разворот, — инструмент, который группы теперь намерены навести на другие кристаллы, чтобы выяснить, насколько в действительности распространено обратное вращение.