现代材料中电子一般具有很强的自旋轨道耦合，如果改变电子的自旋态，其轨道也会随之发生变化。最近，一个国际团队在量子材料钕锶锰氧（NSMO）实现了自旋与轨道态的“独立”变化。这项成果或将对新一代逻辑和存储设备的研发开辟新道路。
在设计电子产品时，科学家们需要想方设法操控电子的三大基本属性：电荷、自旋态（电子磁矩就是因自旋而产生的），以及核外电子云的形状，或称轨道。直到不久前，科学家们都认为，那些现代信息技术所不可或缺的材料中，有很强的自旋轨道耦合；也就是说，你无法在保证自旋不变的情况下迅速改变轨道，反之亦然。
但最近由美国斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）研究员、SLAC国家加速器实验室资深科学家Joshua Turner领导的国际研究小组发表的一项研究表明，激光脉冲可以显著地改变某种材料中电子的自旋，而保持轨道不变。SLAC研究助理员，同时也是该项目的主要成员之一的Lingjia Shen称，这项成果为制造基于“轨道电子学”的下一代逻辑与记忆设备提供了新的途径。
Shen表示，“我们在该系统中观察到的现象与以往截然相反。这让我们有更大把握，能分别操控材料的自旋和轨道态，从而可以将轨道的形状看作变量，如0s，1s轨道，作为计算机的0和1，以此运算或储存信息。”
该团队研究的是一种基于锰氧化物的量子材料，被称为NSMO（钕锶锰氧），它具有极薄的结晶层。这种材料早在30年前便为人所用：通过磁场改变电子的自旋态，以此储存信息。这种称为自旋电子学的方法被广泛应用于诸多设备。NSMO还有望被用于制造基于斯格明子（skyrmions，一种由自旋电子的磁场产生的微小漩涡，与粒子相似）的新型计算机和储存设备。
他们本以为NSMO在吸收了近红外脉冲之后，材料中电子自旋与轨道的有序模式会彻底混乱，或者说“熔化”。然而Turner称，出乎所有人的意料，被熔化的只有自旋的模式，轨道模式完好如初。自旋与轨道态间的正常耦合彻底断裂，这意味着相关材料的研究面临重大挑战，毕竟此前从未观测到类似现象。
Shen认为，理论上基于轨道电子学的设备，将比基于自旋电子学的设备快10,000倍。他补充说，两个轨道态之间的转换可以不用现在所使用的磁场，而是由太赫兹辐射的短脉冲实现，“如果能将两者结合，那么这样的设备在未来的应用中会有更加出色的表现。”目前该团队仍在研究结合两者的途径。