瑞士保罗谢勒研究所Nature: X射线探测石英中的手性声子

固体中的准粒子从根本上控制着许多物理性质，并且它们的对称性至关重要。手性准粒子特别令人感兴趣，例如 在Weyl半金属和手性晶体中，手性费米子出现在简并节点处 。它们的手性特征直接表现为手性异常，并导致丰富的拓扑性质，包括圆偏振光的选择性光激发、手性光电流和输运。手性玻色子的存在，如声子和磁振子，也一直存在广泛的争论。手性声子是固体的振动模式，其中原子具有垂直于其传播的旋转运动，并具有相关的圆偏振和角动量。 由于它们的角动量，手性声子可以携带轨道磁矩 ，从而产生类似于其他螺旋原子旋转产生的光磁效应的声磁效应。相应地， 声子可以产生一个有效的磁场，这被用来解释被激发的磁振子的观测 ，并通过自旋体系的超快角动量传递来激发它们。尽管迄今为止主要在Γ点讨论了声子磁场，但手性声子自然出现在远离区域中心的非中心对称材料中，并且基于根本不同的对称性。

在凝聚态物理学中，最近的研究已经证明了手性费米子及其在与拓扑结构密切相关的新兴现象中的相关性。然而，手性声子（玻色子）的实验验证仍然具有挑战性，尽管它们会对基本物理性质产生强烈影响。在此研究中，作者展示了手性声子的实验证明，使用圆偏振X射线的共振非弹性X射线散射（ RIXS ）。使用原型手性材料 石英 ，研究证明了本质上是 手性的圆偏振X射线在互易空间中的特定位置与手性声子耦合，从而能够确定晶格模式的手性色散 。这项研究工作对手性声子的实验证明揭示了凝聚态中的一个新的自由度，这既具有根本的重要性，也为探索基于手性玻色子的新兴现象打开了大门。

图4  具有圆偏振X射线的RIXS

图5  声子色散与手性声子模式

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