YTiO$_3$中涨落高温铁磁性的光学稳定化

在量子材料中,简并性和受挫相互作用会对长程有序的出现产生深远影响,常驱动强涨落从而抑制具有功能相关性的电子或磁相。在块体或异质界面中设计原子结构一直是消除这些简并的重要研究策略,但这些平衡方法受限于热力学、弹性和化学约束。在此,我们展示全光学、模式选择性的晶格操控可用于增强并稳定YTiO$_3$中的高温铁磁性——该材料仅表现出部分轨道极化、未饱和的低温磁矩以及受抑制的居里温度$T_c$ = 27 K。当激发9 THz氧旋转模式时增强效果最大,此时在低温下实现完全磁饱和,并在瞬态铁磁性达到$T_{neq} >$ 80 K,近乎热力学转变温度的三倍。对非线性声子-轨道-自旋耦合的第一性原理和模型计算揭示,这些效应源于轨道极化的动力学改变以及最低准简并Ti $t_{2g}$能级的构成。值得注意的是,YTiO$_3$中光致高温铁磁性在许多纳秒内呈亚稳态,凸显了动态设计具有实用价值的非平衡功能的潜力。