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一个多世纪以来，科学家们一直知道普通霍尔效应，即洛伦兹力使电子偏转并产生横向霍尔电压。简而言之，电流在磁场中“弯曲”。在铁等磁性材料中，这种效应很强，并且被很好地理解为异常霍尔效应 （AHE）——异常大的霍尔电压被施加的磁场饱和。然而，在铜或金等普通非磁性金属中，这种效应要弱得多。

从理论上讲，一种称为磁光克尔效应 （MOKE） 的相应现象应该可以帮助科学家可视化光和磁场相互作用时电子的行为。但在可见光波长下，这种光学霍尔效应 （OHE） 太微妙而无法检测到。OHE 主要在有效电子位移较大的太赫兹和红外频率下测量。

可以通过调制外部磁场来提高对克尔信号的灵敏度。然而，当使用电磁铁时，这只能在不切实际的低速率和振幅下完成。

现在，由希伯来大学（以色列）领导的多大学团队，以及魏茨曼科学研究所（以色列）、宾夕法尼亚州立大学（美国）和曼彻斯特大学（英国）的研究人员，已经解决了这一困境。他们使用 440 nm、40 mW 激光器升级了 MOKE，以测量磁性如何改变光的反射。

他们将 440 nm 蓝色激光器与外部磁场的大振幅调制相结合，显着提高了该技术的灵敏度（图 1）。结果：他们能够拾取铜、金、铝、钽和铂等非磁性金属中的磁性“回波”——这是以前被认为几乎不可能实现的壮举。

该团队发现，他们的信号中看似随机的“噪声”根本不是随机的。相反，它遵循一种与称为自旋轨道耦合的量子特性相关的明确模式。该特性将电子的移动方式与它们的旋转方式联系起来，这是现代物理学中的一个关键行为。该技术提供了一种非侵入性、高度灵敏的工具，用于探索名义上非磁性金属的磁性，但不需要大量磁体或低温条件。它还能够确定吉尔伯特阻尼参数。

这里有一些科学结论：埃德温·霍尔（同名效应）试图使用光束测量这种特性，但他没有成功。他在 1881 年的一篇论文的最后一句话中总结了他的努力：“我认为，如果银的作用是铁的十分之一，那么这种效应就会被检测到。没有观察到这样的效果。

这里有什么实际用途？与许多深度物理实验一样，答案很简单：我们不知道，至少现在还不知道。它可能——关键词是“可能”——对磁存储器、自旋电子器件甚至量子系统的设计产生影响。完整的细节在他们发表在《自然通讯》上的激烈而复杂的论文“可见波长下的敏感 MOKE 和光学霍尔效应技术：对吉尔伯特阻尼的见解”中。

通过太赫兹光控制薄型半导体

比勒费尔德大学和莱布尼茨固体与材料研究所（均位于德国）的物理学家开发了一种使用超短光脉冲控制原子薄半导体的方法。该项目可以为直接由太赫兹光以前所未有的速度控制的组件铺平道路。

（请注意，这些研究人员将他们的太赫兹波称为“光”，而许多工程师将它们视为射频能量。当然，太赫兹波和我们认为的光能有一些光谱重叠。此外，由于两者都是遵循麦克斯韦方程组的电磁波，因此使用术语“光”并没有错，只是不寻常）。

科学家们能够通过实验证明，可以使用光脉冲选择性地改变材料的光学和电子特性。该技术允许在小于皮秒的时间尺度上实时控制电子结构。

诱导此类场的传统方法使用基于电子电路的门控技术，该技术仅限于微波响应速率，并且在实现与设备兼容的超快速亚皮秒控制方面面临挑战。

该团队在嵌入混合 3D-2D 太赫兹纳米天线中的原子薄二硫化钼 （MoS2） 中使用了超快场效应。该纳米天线将入射太赫兹电场转换为 MoS2 中的垂直超快门控场，同时将其增强到兆伏/厘米 （MV/cm） 水平（图 2）。它不是场效应晶体管 （FET）——至少目前还不是。

该团队通过设计纳米级天线来实现这种控制，该天线将太赫兹光转换为 MoS₂ 等原子薄材料中的垂直电场。正如比勒费尔德大学的项目负责人兼物理学教授 Dmitry Turchinovich 博士所解释的那样，“我们的方法使用太赫兹光本身在半导体材料内产生控制信号——从而实现了一种行业兼容、光驱动、超快的光电技术，这在以前是不可能的。

天线由顶部和底部两个金电极组成，由 Al2O3 介电间隔层垂直隔开。电极水平位移，使其仅在天线的中间部分重叠，天线的横向尺寸为 10 × 10 μm。该天线具有领结偶极子形状，能够将宽带自由空间太赫兹场有效地耦合到其电极，并在亚波长天线中实现强大的局部场增强。整个天线结构沉积在玻璃基板上。

激光是如何进入这个故事的？MoS2中特征激子共振的时间分辨光谱与太赫兹泵浦光学探针（TPOP）一起使用。泵浦太赫兹场是通过在铌酸锂晶体中对持续时间为 100 fs 的 2 mJ、800 nm 激光脉冲进行光学整流产生的。

这产生了频率范围为 0.2 至 2.5 THz、中心频率为 0.4 THz 的宽带单周期脉冲传播到自由空间。然后将太赫兹波束聚焦并以法向入射指向天线。使用这种公认的复杂布置，他们能够确认这些太赫兹波以这些速率翻转了超薄材料的光学和电子特性，使该方案适合控制。

细节在他们的长篇论文中，标题简短而清晰，“二维半导体中的太赫兹场效应”，也发表在《自然通讯》上。