强圆偏振激发开辟了在固态系统中产生和控制有效磁场的可能性，例如通过光学逆法拉第效应或声子逆法拉第效应。虽然这些效应依赖于只能在有限程度上定制的材料特性，但等离子体共振可以通过选择适当的尺寸和载流子浓度来完全控制。等离子共振提供了新的自由度，可用于调整或增强工程超材料中的光感磁场。
德国杜伊斯堡-埃森大学的Martin Mittendorff博士及其团队发现，微小的石墨烯片在红外辐射下可以变成电磁体。他们使用石墨烯盘以极高的效率演示来自等离激元循环电流的光感应瞬态磁场。石墨烯盘等离子共振频率（3.5 THz）的有效磁场由强（~ 1°）超快法拉第旋转（~ 20 ps）证明。根据参考测量和模拟，估计在约440 nJ cm-2的中等泵浦通量下，感应磁场的强度约为0.7 T量级。相关研究成果以“Strong transient magnetic fields induced by THz-driven plasmons in graphene disks”为题，11月18日发表于《Nature Communications》。
在一个2 x 2毫米的表面上有微小的圆盘，每个圆盘的直径为1.2微米，仅为普通人类头发宽度的百分之一。它们由两层石墨烯组成——两层碳原子平行叠放，如同煎饼一样。它们的电子在材料中自由移动，并且会受到电磁场的影响。
在这种情况下，Mittendorff团队使用红外范围内的圆偏振太赫兹（THz）辐射来激发电子。“你可以把石墨烯片想象成装满水（电子）的桶，”Mittendorff解释道。“如果你用棍子搅动桶的内部，就会开始形成环形水（电）流。”
Martin Mittendorff和实验装置。图片来源：UDE/Andreas Reichert
类比之下，由螺旋状太赫兹辐射激发的载流子在圆盘中呈圆周运动，因此表现出微小电磁铁的效果。在实验中，产生了约0.5特斯拉范围内的磁场，约相当于地球磁场的10000倍。等离子体的频率可以通过石墨烯圆盘的直径来调整。就其效果而言，这些微小的圆盘可与强大的永磁体相媲美，但它们可以在皮秒（一万亿分之一秒）内打开或关闭。
尽管这些实验是基础研究，但存在着实际的潜在应用：通过使用石墨烯圆盘，物理学家们已经开发出了光学切换磁场，可用于影响附近的其他材料。例如，在照亮屏幕的量子点中，可以调整光的颜色。至于磁热材料，它们会根据施加的磁场而改变温度。
图文导读
图1. 静态磁场下石墨烯盘和无图案石墨烯的法拉第旋转θ F。
图2. 石墨烯圆盘上泵引起法拉第旋转 θ F的实验示意图。
图3. 石墨烯圆盘上泵引起的传输变化 ΔT/T 和相应的 θ F的实验结果。
图4. 石墨烯圆盘上圆偏振泵浦光束感应的载流子分布和磁场的模拟结果。
原文：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43412-x
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