近期，中國科學院合肥物質院強磁場中心盛志高研究員、李柏霖副研究員與楊曉萍研究員合作，依托穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）超導磁體SM1超快磁光系統, 在二維反鐵磁材料AgCrP2S6中發現了鏡面對稱誘導的手性聲子行為和聲子模式依賴的巨大磁光效應；研究團隊結合第一性原理計算、對稱性和拉曼張量分析，揭示了手性聲子行為的來源和磁光調控機制。該成果以“Mirror Symmetry Triggered Chiral Phonon Behavior and Phonon Mode-Dependent Magneto-Optical Modulation in 2D Space- and Time-Symmetric AgCrP2S6.”為題在線發表于國際權威期刊Advanced Functional Materials。
手性聲子在多種新奇物理現象中發揮關鍵作用，包括谷間散射、拓撲態、量子態以及聲子霍爾效應等。先前的研究在空間反演（P）對稱性破缺的非磁性材料和時間反演（T）對稱性破缺的磁性材料中觀測到手性聲子。然而，在兼具P和T對稱性的體系中，手性聲子行為（現象）研究鮮有報道，對稱性在其中所起的作用也未得到深入理解。此外，多數磁光效應研究主要集中于非手性聲子的磁場調控，對于手性聲子的磁場調控及其與非手性聲子的差異和調控機制等，仍缺乏系統探索。
針對上述問題，研究團隊聚焦手性聲子行為和聲子的磁光效應，以兼具P和T對稱性的二維反鐵磁材料AgCrP2S6為研究對象，依托SM1超快磁光系統中的磁光拉曼測量系統（圖1a）進行研究。結果發現，Bg4模式展現出手性聲子行為（圖1b），證明了在同時具備P與T對稱性的體系中存在手性聲子行為。結合對稱性分析和先前的研究報道，該行為源于鏡面對稱所誘導的“類半波片效應”。
進一步實驗表明，磁場可以調控聲子的光學響應。當磁場從0 T增至5 T時，Ag5模式的線偏振度（DOLP）從~90%降至接近~0%，調控效率高達~40%/T（圖1c）；同時，Bg4模式的圓偏振度（DOCP）變化為~40%，而Ag5模式的DOCP變化僅為~6%（圖1d）。分析表明，這一差異源于磁場與“手性”及非手性聲子間不同的相互作用。
本研究不僅揭示了鏡面對稱性在誘導手性聲子行為中的關鍵作用，還展示了聲子模式依賴的巨大磁光調控能力，為AgCrP2S6在未來高效、靈敏的磁光器件中的應用奠定了基礎。
合肥物質院與安徽大學聯合培養的碩士生徐金生和強磁場中心博士生李亮宇為共同第一作者；強磁場中心盛志高研究員、楊曉萍研究員、李柏霖副研究員為共同通訊作者。強磁場中心為唯一通訊作者單位。該項研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院合肥大科學中心協同創新等項目以及強磁場安徽省實驗室的支持。
論文鏈接：?https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202518545
磁光拉曼實驗示意圖（a）、Bg4模式的手性聲子行為（b）、磁光拉曼效應（線偏振）（c）和磁光拉曼效應（圓偏振）（d）。
