1.媒体来源:
外媒Phys.org
2.记者署名:
Gaby Clark
3.完整新闻标题:
Photoinduced non-reciprocal magnetism effectively violates Newton's third law
4.完整新闻内文:
日本研究人员报告称，他们建立了一个理论框架，预测利用光在固体中产生非互易相互作
用，从而有效地违反牛顿第三定律。他们证明，透过将特定频率的光照射到磁性金属上，
可以诱导产生扭矩，驱动两个磁性层自发性地进行持续的“追逐-奔跑”旋转。这项工作
开辟了非平衡材料科学的新领域，并揭示了光控量子材料领域的新应用前景。
在平衡状态下，物理系统遵循作用力与反作用力定律，即自由能最小化原理。然而，在非
平衡系统中，例如生物系统或活性物质系统——这些系统中的相互作用实际上违反了该定
律——所谓的非互惠相互作用十分常见。
例如，大脑由抑制性神经元和兴奋性神经元组成，它们之间以非互惠方式相互作用；捕食
者和猎物之间的相互作用是不对称的；浸入光学活性介质中的胶体也表现出非互惠相互作
用。由此自然产生一个问题：能否在固态电子系统中实现这种非互惠相互作用？
由日本东京理科大学物理系副教授花井亮（Ryo Hanai）领导的研究团队，与日本冈山大
学副教授大槻大树（Daiki Ootsuki）和日本京都大学助理教授多才井里奈（Rina Tazai
）合作，提出了一种利用光在固态系统中诱导非互易相互作用的理论方法，从而肯定地回
答了这个问题。他们的最新研究成果于2025年9月18日在线发表于《自然通讯》（Nature
Communications）杂志。
“我们的研究提出了一种利用光将普通的互易自旋相互作用转化为非互易相互作用的通用
方法，”花井解释。 “举个具体的例子，我们证明了磁性金属中一种众所周知的相互作
用——鲁德曼-基特尔-卡苏亚-吉田（RKKY）相互作用——在用特定频率的光照射时可以
获得非互易特性，该频率的光能够选择性地打开某些自旋的衰变通道，而使其他自旋保持
非共振状态。”
受自然界中普遍存在的活性和非互易现象的启发，该团队开发了一种耗散工程方案，利用
光选择性地激活磁性金属中的衰变通道。这些磁性金属具有局域自旋和自由移动的导电电
子，从而导致自旋交换耦合。活化衰变通道会在不同的自旋之间造成能量注入的不平衡，
进而产生非互易磁相互作用。
研究人员将耗散工程方案应用于双层铁磁系统，预测了一种非平衡相变，称为非互易相变
。此相变先前由作者之一在活性物质的背景下提出，在光照射下，一层磁性层会试图与另
一层磁性层对齐，而另一层磁性层则倾向于反向对齐。这会导致磁化强度自发性且持续地
旋转——一种以持续的追逐-奔跑动力学为特征的“手性”相。
这种新型的“手性”相变是作用-反作用对称性破缺所独有的现象。研究人员还发现，诱
导非互易相变所需的光强度估计在目前实验能力的范围内。
“我们的工作不仅为利用光控制量子材料提供了一种新工具，而且还连接了活性物质和凝
聚态物质物理的概念，并可应用于强关联电子的莫特绝缘相、多带超导和光学声子介导的
超导，”Hanai总结道。此外，这项工作还有望推动新型自旋电子装置和频率可调振荡器
的发展。
总的来说，这项研究揭示了非互惠相互作用在固态系统中的适用性及其对创新下一代技术
的潜在影响。
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https://www.nature.com/articles/s41467-025-62707-9