Фізики навели наносекундну спробованість на газ атомів гелію за допомогою світла. Для цього вони використовували комбінацію двох лазерних променів, один з яких мав кільцевий профіль інтенсивності і переносив орбітальний момент. Дослідження опубліковано в.
За здатність взаємодіяти з електричним полем відповідає головним чином електричний заряд. У нього немає магнітного аналога, хоча фізики його активно шукають. Замість цього заходом здатності створювати і сприймати магнітне поле став магнітний момент. У класичній електродинаміці магнітним моментом володіє будь-який замкнутий контур з струмом. У квантовій механіці магнітні моменти можуть мати окремі атоми, а міра їх взаємодії з магнітним полем визначається складним балансом між спиновими і орбітальними квантовими числами.
Те, як взаємодіють один з одним магнітні моменти атомів, визначає можливі форми магнітного порядку в речовині, найсильнішим з яких став ферромагнетизм. Фізики активно шукають різні способи управління магнітними властивостями середовищ з можливістю впливати на намагніченість локально. Світло було б відмінним інструментом для цього, але його магнітний вплив на кілька порядків поступається електричному. Вчені навчилися використовувати лазер побічно, щоб впливати на магнетизм матеріалів, наприклад, нагріваючи зразок або викликаючи локальні зарядові струми. Однак інтерес представляють маніпуляції на нанометровому масштабі, чого зазначені методи не дозволяють
Щоб домогтися такого контролю, Йонас Ветцель (Jonas Wätzel) з Галле-Віттенберзького університету імені Мартіна Лютера разом зі своїми колегами з п'яти країн застосували оптичну техніку, схожу на мікроскопію на основі виснаженого основного стану, яка дозволяє отримувати зображення з субволновою роздільною здатністю. Використавши закручене світло, автори навели довгоживучу намагніченість в ансамблі атомів, перевівши їх у ридбергівські стани.
Як середовище вчені вибрали газоподібний гелій, який вони розпорошували в камері. У середину хмари перпендикулярно струменю фізики фокусували два соосних промені. Перший промінь, що належав діапазону екстремального ультрафіолету, збуджував атоми, що потрапили в пляму фокусу, в стан 1s3p. Другий промінь був інфрачервоним і мав дві особливості. По-перше, він був закрученим, тобто переносив орбітальний момент, по-друге, його інтенсивність мала провал на осі.
Довжина хвилі другого променя була налаштована таким чином, щоб переводити збуджені атоми гелію у ридбергівські стани з великим орбітальним моментом. Особливе поєднання профілів інтенсивності обох лазерів призводило до того, що обидва типи збудження одночасно відбувалися переважно в кільці навколо осі товщиною кілька сотень нанометрів. Розрідженість газу і стійкість ридбергівських станів забезпечили стабільність наведеної світлом намагніченості на масштабах наносекунд.
Щоб довести наявність спробованості, фізики вимірювали спектр фотоелектронів, що неминуче народжуються при фотоіонізації газу. Якщо магнітні моменти великої кількості атомів вибудувані вздовж одного з напрямків, то спектр фотоелектронів повинен володіти дихроїзмом, тобто чутливістю до напрямку повного орбітального моменту інфрачервоних фотонів. Вимірені в експерименті спектри здебільшого збіглися з теоретичними передбаченнями і підтвердили намагніченість. Деякі відмінності автори пояснили недипільними взаємодіями.
Фізики використовували атоми гелію через простоту їх моделювання та експериментальну роботу з ними. Однак той же самий ефект можна побачити на будь-яких інших атомах, які здатні підтримувати рідбергівські стани. Якщо осадити такі атоми на магнітоактивні поверхні, запропонований авторами метод дозволить вивчати їх просторово-часовий відгук.
Раніше ми розповідали, як фізикам вдалося перетворити скручений біслою з діхалькогенідів перехідних металів на ферромагнетик, опромінюючи його лазерним світлом