Fysikere så for første gang atomerne i en krystal vende deres rotation

Sæt en krystals atomer i rotation den ene vej, giv den bevægelse videre til en anden indre vibration, og rotationen kan komme ud og dreje den modsatte vej. Fysikere har nu set det ske direkte inde i et fast stof for første gang og fanget øjeblikket, hvor gitterets impulsmoment vendte, mens det blev ført mellem to af krystallens egne vibrationer.

Holdet beskriver resultatet med en bevidst mærkelig regning: 1 + 1 = −1. To rotationer i samme retning forenede sig og frembragte én, der drejede den modsatte vej. Der blev ikke rigtig brudt noget i regnskaberne, for det manglende drej blev båret væk et andet sted i systemet, men den lokale effekt er den slags vending, som intuitionen ikke tillader.

Objektet er vismutselenid, en krystal, der allerede værdsættes i fysikken for sin usædvanlige overfladeadfærd. Her tæller det indre urværk. Atomer i et fast stof sidder ikke fast; de ryster i koordinerede mønstre kaldet gittervibrationer, og nogle af de mønstre kan bære en rotation, et bittelille lagret impulsmoment, der ellers holdes pænt bogført.

For at se det bevæge sig måtte holdet skubbe hårdt og kigge hurtigt. De affyrede ultrastærke terahertz-laserpulser for at tvinge en vibration ind i en cirkulær, roterende bevægelse og brugte så en anden ultrahurtig puls til at se, hvad der skete, da den rotation koblede sig til en nabovibration. Vendingen viste sig i den måde, den anden puls kom tilbage på.

Det interessante er ikke kunststykket, men hvad det åbner. Impulsmoment fanget i vibrationer er en af de skjulte tråde bag magnetisme, og at følge det, mens det springer mellem vibrationer, giver forskerne et direkte greb om en proces, der hidtil måtte udledes. Mestrer man det greb, kan det blive en måde at styre de eksotiske materialer, som kvanteteknologi hviler på.

Fundet fortjener indtil videre en snæver læsning. Det blev frembragt i en bestemt krystal under laserfelter langt stærkere end noget i hverdagselektronik, og den rotation, der vender, er gitterets kollektive rotation, ikke frie atomer, der tumler baglæns som løse kugler. Om den samme vending dukker op i andre materialer, og om den kan udnyttes frem for blot at observeres, er åbne spørgsmål.

Arbejdet, udført af et samarbejde mellem Fritz Haber-instituttet under Max Planck-Selskabet, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf og TU Dresden med partnere i Jülich og Eindhoven, udkom i Nature Physics i maj 2026. Den samme laserteknik, der afslørede vendingen, er værktøjet, som grupperne nu vil rette mod andre krystaller for at finde ud af, hvor udbredt den baglæns rotation virkelig er.