Fysiker såg för första gången atomerna i en kristall vända sin rotation

Sätt en kristalls atomer i rotation åt ett håll, lämna över den rörelsen till en andra inre vibration, och rotationen kan komma ut snurrande åt andra hållet. Fysiker har nu sett detta hända direkt inuti ett fast material för första gången och fångat ögonblicket då gittrets rörelsemängdsmoment vände när det fördes mellan två av kristallens egna vibrationer.

Teamet beskriver resultatet med en avsiktligt märklig aritmetik: 1 + 1 = −1. Två rotationer åt samma håll förenades och gav en som snurrade åt motsatt håll. Inget bröts egentligen i räkenskaperna, för det saknade vridet fördes bort någon annanstans i systemet, men den lokala effekten är den sorts omkastning som intuitionen inte tillåter.

Objektet är vismutselenid, en kristall som redan värderas i fysiken för sitt ovanliga ytbeteende. Här är det det inre urverket som räknas. Atomer i ett fast material sitter inte stilla; de skakar i samordnade mönster som kallas gittervibrationer, och en del av dessa mönster kan bära en rotation, ett pyttelitet lagrat rörelsemängdsmoment som annars hålls prydligt bokfört.

För att se det röra sig fick teamet trycka hårt och titta snabbt. De avfyrade ultrastarka terahertz-laserpulser för att tvinga en vibration in i en cirkulär, roterande rörelse och använde sedan en andra ultrasnabb puls för att se vad som hände när rotationen kopplades till en grannvibration. Omkastningen visade sig i hur den andra pulsen kom tillbaka.

Det intressanta är inte konststycket utan vad det öppnar. Rörelsemängdsmoment fångat i vibrationer är en av de dolda trådarna bakom magnetism, och att följa det när det hoppar mellan vibrationer ger forskarna ett direkt grepp om en process som hittills måst härledas. Behärskar man det greppet kan det bli ett sätt att styra de exotiska material som kvantteknik vilar på.

Fyndet förtjänar tills vidare en snäv läsning. Det skapades i en bestämd kristall, under laserfält långt starkare än något i vardagselektronik, och rotationen som vänder är gittrets kollektiva rotation, inte fria atomer som tumlar bakåt som lösa kulor. Om samma omkastning dyker upp i andra material, och om den går att utnyttja snarare än bara observera, är öppna frågor.

Arbetet, utfört av ett samarbete som omfattar Fritz Haber-institutet vid Max Planck-sällskapet, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf och TU Dresden med partner i Jülich och Eindhoven, publicerades i Nature Physics i maj 2026. Samma laserteknik som avslöjade omkastningen är verktyget som grupperna nu tänker rikta mot andra kristaller, för att ta reda på hur vanlig den bakvända rotationen verkligen är.