在一個世紀以前，愛因斯坦和哈德斯做了一個有趣的實驗，它后來被稱為愛因斯坦-哈德斯效應。他們用一根細絲把一個圓柱形磁鐵懸掛在線圈之中，當線圈通電時，磁鐵就開始旋轉起來了?？紤]到動量守恒，磁鐵內部需要有一個等大反向的角動量來補償。

一篇發表在《自然》雜志上的論文，揭示了一種類似愛因斯坦-哈德斯效應但又不同的效果。就是在一種叫做范德華反鐵磁體的材料中，原子間的自旋排列可以導致整個材料發生剪切振蕩，也就是沿著一個方向來回滑動。這種現象不僅展示了自旋和晶格之間的強烈耦合，而且為實現高頻率的機械諧振器提供了一種新的途徑。

范德華反鐵磁體是一種由多層原子薄片堆疊而成的二維材料，它們之間通過范德華力相互吸引，但又可以很容易地分離。這種材料有很多優異的性質，比如高強度、高柔韌性、高導電性等。而且，在每一層原子薄片中，原子的自旋可以有不同的排列方式，形成不同的磁性狀態。比如，在該論文研究的FePS3材料中，每一層原子薄片都是一個反鐵磁體，也就是說，相鄰的原子自旋方向相反，使得整個層沒有凈磁矩。而不同層之間的自旋方向也可以有不同的相對關系，比如平行或者垂直。這些不同的自旋排列方式會影響材料的光學、電學和機械性質。

那么，在這種范德華反鐵磁體中，為什么會出現剪切振蕩呢？這就要從自旋和晶格之間的耦合說起了。我們知道，在一個晶體中，原子不是靜止不動的，而是會在平衡位置附近做微小的振動，這種振動的量子化叫做聲子。聲子可以攜帶能量和動量，在晶體中傳播，并且可以和其他粒子發生相互作用。

比如，在一個鐵磁體中，聲子可以和自旋波發生耦合，自旋波是一種由自旋翻轉而產生的集體激發模式，它也可以攜帶能量和動量，并且影響材料的磁性。當聲子和自旋波耦合時，它們可以相互轉化，也就是說，聲子可以把能量和動量轉移給自旋波，反之亦然。這種轉化過程會導致晶體發生形變，比如伸縮或者扭轉，這就是所謂的磁致伸縮效應或者壓電效應。這些效應在鐵磁體中已經被廣泛研究和應用了。

但是，在反鐵磁體中，情況就不一樣了。因為反鐵磁體沒有凈磁矩，所以它們對外界的磁場不敏感，也就很難用磁場來調控它們的自旋狀態。而且，反鐵磁體中的自旋波和聲子的耦合也不像鐵磁體中那么強，所以它們很難相互轉化。那么，有沒有一種方法可以在反鐵磁體中實現自旋和晶格之間的強烈耦合呢？答案是有的。

研究人員利用了一種叫做超快激光的工具，它可以產生一系列持續時間只有幾飛秒的光脈沖，每個光脈沖都可以攜帶很大的能量，足以激發材料中的電子、自旋和聲子。

研究人員首先用一個超快激光脈沖照射在FePS3材料上，這個脈沖可以迅速把材料中的電子加熱到幾千度，從而導致電子的自旋發生混亂，這就是所謂的超快退磁。當電子的自旋混亂時，它們就會失去原來的反鐵磁序。這樣一來，原來平衡的自旋系統就會被打破，產生一個巨大的自旋扭矩，這個扭矩會迫使自旋重新排列，恢復反鐵磁序。

但是，在這個過程中，自旋不僅要恢復原來的方向，還要考慮到相鄰層之間的相互作用，因為不同層之間的自旋方向會影響到整個材料的能量最低狀態。所以，為了達到能量最低，自旋不僅會在垂直于層面的方向上發生翻轉，還會在平行于層面的方向上發生滑動。這種滑動就相當于晶格的剪切形變，也就是說，在每一層原子薄片中，原子會沿著一個固定的方向相對移動一段距離。這樣一來，整個材料就相當于一個剪切振蕩器 ，它可以在一個固定的頻率下做周期性的剪切振動。

那么，這種剪切振蕩有什么特別之處呢？首先，它是由自旋驅動的，也就是說，它是由自旋和晶格之間的耦合引起的，而不是由外界施加的力或者電場引起的。這就意味著，我們可以通過改變自旋狀態來調節剪切振蕩的頻率和幅度。其次，它是由超快退磁激發的，也就是說，它是由超快激光脈沖觸發的。這就意味著，我們可以通過改變超快激光脈沖的強度和時間來控制剪切振蕩的啟動和停止。第三，它是在范德華反鐵磁體中實現的，它是在一種二維的、柔性的、可剝離的材料中實現的。這就意味著，我們可以通過改變材料的厚度和形狀來調整剪切振蕩的特性。

這些特點使得這種剪切振蕩具有很高的應用潛力，比如，它可以用來制作高頻率的機械諧振器，這種諧振器可以用來檢測微小的力或者質量變化，或者用來傳輸和處理信息。

研究人員用一種叫做超快拉曼光譜的方法來觀測和分析這種剪切振蕩。這種方法可以同時測量材料中的聲子和自旋波的頻率和強度，從而揭示它們之間的耦合關系。他們發現，在FePS3材料中，剪切振蕩的頻率大約是1.6 THz，也就是每秒鐘振動1.6萬億次，這是一個非常高的頻率，比一般的機械振蕩器要高出幾個數量級。而且，剪切振蕩的幅度也很大，每一層原子薄片相對移動的距離大約是0.1納米，也就是原子間距離的百分之一。這說明了自旋和晶格之間有著非常強烈的耦合，而且這種耦合是由超快退磁引起的。