利用光來控制固體中的磁性是一個很有前途的未來技術平台。今天的計算機主要依靠電荷的流動來處理信息。此外，數字內存存儲設備利用了必須在外部磁場中切換的磁位。這兩個方面都限制了當前計算系統的速度和能源效率。使用光來代替光學切換存儲器和計算設備可以徹底改變處理速度和效率。

YTiO3是一種過渡金屬氧化物，只有在27K或-246攝氏度以下才會變成鐵磁性，其特性類似於冰箱磁鐵。在這些低溫下，鈦原子上的電子自旋向一個特定方向排列。正是這種自旋的集體排序使整個材料具有宏觀上的磁化，並使其變成鐵磁性。相反，在27K以上的溫度下，單個自旋隨機波動，因此沒有鐵磁性的發展。

利用德國漢堡馬克斯-普朗克物質結構與動力學研究所（MPSD）開發的強大的太赫茲光源，研究小組成功地在YTiO3中實現了鐵磁性，溫度高達近100K（-193°C），這遠遠高於其正常轉變溫度。光誘導的狀態也持續了許多納秒。強烈的光脈衝被設計為以協調的方式”搖動”材料的原子，使電子能夠對齊它們的自旋。

“脈衝的頻率被調整為驅動YTiO3晶格的特定振動，稱為聲子，”主要作者Ankit Disa解釋說。”我們發現，當我們以9太赫茲的自然頻率激發一個特定的聲子時，自旋的集體秩序和電子的軌道被修改，導致了對鐵磁狀態的更大傾向。當驅動其他聲子時，我們觀察到完全不同的結果： 在4太赫茲激發一個聲子實際上會惡化鐵磁性，而在17太赫茲激發一個聲子會增強鐵磁性–但不像9太赫茲聲子那樣強烈。”

在通常的過渡溫度27K以下，9THz聲子的激發大大增加了磁化，將其提高了約20%，達到了理論最大值–這是迄今為止尚未達到的水平。

這些實驗中使用的太赫茲源提供了強烈的脈衝，並且能夠激發材料中一個非常狹窄的頻率區域，使其成為一個極其精確的工具。它已經被部署在其他幾個由MPSD領導的關於光增強超導性和磁性的研究中。然而，這項工作首次揭示了通過激發一系列晶格振動可以產生質量上不同的效果。

除了加深科學家對強烈和超快的光-物質相互作用的理解外，這些結果是走向磁性元件的光學控制的重要墊腳石。

MPSD凝聚態物質動力學部主任Andrea Cavalleri解釋說：”這項工作不僅展示了按需開關磁性，它還讓我們預見到了在超高速存儲和處理信息時可以做什麼。”除了這個演示，我們的工作還強調了在無序的、波動的物質相中創造秩序的能力，類似於用光來凍結水。控制這些過程一直是我們小組的一個長期目標。多年來，我們已經報告了一些其他的實現，包括光誘導高溫超導性和光誘導鐵電性。”