2026年9月29日——大多数磁体——例如冰箱门上的磁铁或指南针中的磁体——都有两个磁极：北极和南极，或者说正极和负极，这种熟悉的排列被称为“偶极”。但研究人员正越来越多地揭示出更复杂的磁性形式。

量子力学的最新进展揭示了更高阶的磁性，包括存在一种“八极序”，其中材料内部以晶体结构排列的粒子模式表现得仿佛具有八个磁极，而不是人们熟悉的两个磁极。然而，探测和控制这些难以捉摸的磁态是一项重大挑战。

现在，由多伦多大学量子物理学家领导的研究团队建立了一种新方法，利用光来探测电子自旋时产生的原子振动，从而观察量子磁态。这项工作是将多极磁性用于实际技术的关键第一步，包括下一代数据存储和计算设备。

“我们识别出了一种隐藏磁态的新特征，这种磁态无法用普通探针探测到，”Arun Paramekanti 说。他是多伦多大学文理学院物理系及量子信息与量子控制中心的教授，也是发表在《物理评论快报》上描述这些发现的研究的资深作者。“我们的研究为在多种应用中使用高阶磁体开辟了可能性，包括日常计算机中的可控读写存储元件。”

研究人员发现，通过将光照射到晶体材料上并触发其原子结构内的微小振动，通常使用传统技术无法看见的磁性模式会被揭示出来。他们将注意力集中在穿过固体晶格的振动能量包上，这些能量包被称为声子。具体来说，他们寻找的是手性声子——即与自身镜像不匹配的声子。

“正如左手不能完全贴合在右手上，尽管它们互为镜像，手性声子也具有‘手性’，并以不同的、不匹配的形式存在，”物理系博士候选人、第一作者 Rory Sutcliffe 说。

这种手性最终被证明是关键。研究人员发现，隐藏的八极磁态会在这些振动中留下独特特征，而这些振动可以通过光探测到。通过将一种特殊类型的旋转光照射到磁性材料上，该团队观察到了原本隐藏的磁序的清晰光学指纹。

“我们发现，八极序的出现可以赋予某些声子模式一种独特的手性，”东京大学项目研究助理、研究合著者 Swati Chaudhary 说。“这些振动的行为不同于传统磁体中的振动，因此我们称它们为‘伪手性’声子，它们提供了一种识别和研究隐藏磁态的新方法。”

物理系博士候选人、研究合著者 Kathleen Hart 解释说：“我们的工作提供了一种新的光学探针，用于探测标准技术难以检测的隐藏磁序，并为这种八极磁性最终如何通过材料内部的原子振动加以控制奠定了基础。”

这些发现提供了一种新工具，用于揭示和操纵此前无法触及的磁性形式，为量子技术发展开辟了新途径。