То, как взаимодействуют друг с другом магнитные моменты атомов, определяет возможные формы магнитного порядка в веществе, самым сильным из которых является ферромагнетизм. Физики активно ищут различные способы управления магнитными свойствами сред с возможностью воздействовать на намагниченность локально. Свет был бы отличным инструментом для этого, но его магнитное воздействие на несколько порядков уступает электрическому. Ранее ученые научились использовать лазер косвенно, чтобы влиять на магнетизм материалов — например, нагревая образец или вызывая локальные зарядовые токи. Однако интерес представляют манипуляции на нанометровом масштабе, чего ни один предыдущий метод не позволял.
Чтобы добиться такого контроля, ученые применили оптическую технику, похожую на микроскопию на основе истощенного основного состояния, которая позволяет получать изображения с субволновым разрешением. Использовав закрученный свет, авторы навели долгоживущую намагниченность в ансамбле атомов, переведя их в ридберговские состояния.
В качестве среды ученые выбрали газообразный гелий, который они распыляли в камере. В середину облака перпендикулярно струе физики фокусировали два соосных луча. Первый луч, принадлежавший диапазону экстремального ультрафиолета, возбуждал атомы, попавшие в пятно фокуса, в состояние 1s3p. Второй луч был инфракрасным и обладал двумя особенностями. Во-первых, он был закрученным, то есть, переносил орбитальный момент. Во-вторых, его интенсивность имела провал на оси.
Длина волны второго луча была настроена таким образом, чтобы переводить возбужденные атомы гелия в высоколежащие ридберговские состояния с большим орбитальным моментом. Особое сочетание профилей интенсивности обоих лазеров приводило к тому, что оба типа возбуждения одновременно происходили преимущественно в кольце вокруг оси толщиной несколько сотен нанометров. Разреженность газа и устойчивость ридберговских состояний обеспечили стабильность наведенной светом намагниченности на масштабах наносекунд.
