1.媒體來源:
外媒Phys.org
2.記者署名:
Gaby Clark
3.完整新聞標題:
Photoinduced non-reciprocal magnetism effectively violates Newton's third law
4.完整新聞內文:
日本研究人員報告稱，他們建立了一個理論框架，預測利用光在固體中產生非互易相互作
用，從而有效地違反牛頓第三定律。他們證明，透過將特定頻率的光照射到磁性金屬上，
可以誘導產生扭矩，驅動兩個磁性層自發性地進行持續的「追逐-奔跑」旋轉。這項工作
開闢了非平衡材料科學的新領域，並揭示了光控量子材料領域的新應用前景。
在平衡狀態下，物理系統遵循作用力與反作用力定律，即自由能最小化原理。然而，在非
平衡系統中，例如生物系統或活性物質系統——這些系統中的相互作用實際上違反了該定
律——所謂的非互惠相互作用十分常見。
例如，大腦由抑制性神經元和興奮性神經元組成，它們之間以非互惠方式相互作用；捕食
者和獵物之間的相互作用是不對稱的；浸入光學活性介質中的膠體也表現出非互惠相互作
用。由此自然產生一個問題：能否在固態電子系統中實現這種非互惠相互作用？
由日本東京理科大學物理系副教授花井亮（Ryo Hanai）領導的研究團隊，與日本岡山大
學副教授大槻大樹（Daiki Ootsuki）和日本京都大學助理教授多才井裡奈（Rina Tazai
）合作，提出了一種利用光在固態系統中誘導非互易相互作用的理論方法，從而肯定地回
答了這個問題。他們的最新研究成果於2025年9月18日在線發表於《自然通訊》（Nature
Communications）雜誌。
「我們的研究提出了一種利用光將普通的互易自旋相互作用轉化為非互易相互作用的通用
方法，」花井解釋。 「舉個具體的例子，我們證明了磁性金屬中一種眾所周知的相互作
用——魯德曼-基特爾-卡蘇亞-吉田（RKKY）相互作用——在用特定頻率的光照射時可以
獲得非互易特性，該頻率的光能夠選擇性地打開某些自旋的衰變通道，而使其他自旋保持
非共振狀態。”
受自然界中普遍存在的活性和非互易現象的啟發，該團隊開發了一種耗散工程方案，利用
光選擇性地激活磁性金屬中的衰變通道。這些磁性金屬具有局域自旋和自由移動的導電電
子，從而導致自旋交換耦合。活化衰變通道會在不同的自旋之間造成能量注入的不平衡，
進而產生非互易磁相互作用。
研究人員將耗散工程方案應用於雙層鐵磁系統，預測了一種非平衡相變，稱為非互易相變
。此相變先前由作者之一在活性物質的背景下提出，在光照射下，一層磁性層會試圖與另
一層磁性層對齊，而另一層磁性層則傾向於反向對齊。這會導致磁化強度自發性且持續地
旋轉——一種以持續的追逐-奔跑動力學為特徵的「手性」相。
這種新型的「手性」相變是作用-反作用對稱性破缺所獨有的現象。研究人員還發現，誘
導非互易相變所需的光強度估計在目前實驗能力的範圍內。
「我們的工作不僅為利用光控制量子材料提供了一種新工具，而且還連接了活性物質和凝
聚態物質物理的概念，並可應用於強關聯電子的莫特絕緣相、多帶超導和光學聲子介導的
超導，」Hanai總結道。此外，這項工作還有望推動新型自旋電子裝置和頻率可調振盪器
的發展。
總的來說，這項研究揭示了非互惠相互作用在固態系統中的適用性及其對創新下一代技術
的潛在影響。
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6.備註:
https://www.nature.com/articles/s41467-025-62707-9