在笼目结构铁磁材料Co₃Sn₂S₂中，由于自旋和声子的相互作用，手性相反的声子的能量发生自发劈裂。

本报讯 手性声子是一类携带非零角动量的晶格振动激发，通常存在于非中心对称晶体中。当时间反演对称性破缺时，可以在某些材料中观测到外加磁场诱导的显著手性声子塞曼劈裂现象。目前关于手性声子的调控主要依赖于外加磁场，对于手性声子与磁性之间的直接耦合机制的研究尚处于起步阶段。

近日，清华大学物理系杨鲁懿副教授课题组与中国科学院理论物理研究所张田田副研究员，中国科学院物理研究所金峰副研究员、刘恩克研究员、孙涛工程师，以及清华大学物理系江万军副教授合作，在铁磁外尔半金属Co₃Sn₂S₂中发现了磁有序诱导的手性声子及其能量自发劈裂现象。

Co₃Sn₂S₂是一个磁晶各向异性非常强的硬铁磁材料，其磁化易轴方向为晶体的c轴（三重旋转对称轴）。该材料具有三支拉曼活性声子：一个非简并的A_1g模式和一个双重简并的E_g模式。它们可以通过使用同圆偏振（RR/LL）和反圆偏振（RL/LR）的入射和散射光子获得的拉曼光谱进行区分。

合作团队利用圆偏振分辨的磁-拉曼散射光谱，系统性地研究了Co₃Sn₂S₂中拉曼活性声子的性质。观测结果表明，手性声子的能量劈裂源于材料的铁磁序引发的自旋-声子耦合，从而导致声子系统的时间反演对称性破缺。在不同激发波长下的拉曼测量结果表明，E_g模式的劈裂几乎不随激发波长变化，这与理论预言的E_g模式在Γ点发生劈裂的行为一致。这一现象与α-HgS和Te等空间反演对称破缺晶体中手性声子仅在偏离Γ点时才显现劈裂的特征截然不同。

该研究不仅首次证实了手性声子可以通过材料的磁化状态进行有效调控，而且揭示了磁性与手性声子之间的内在关联，为实现磁性和手性声子之间的相互控制开辟了新途径。近期的红外光谱研究表明，Co₃Sn₂S₂中的红外E_u模式可能同样具备手性特征。此外，手性声子的能量在数十meV范围内，与材料中的手性费米子（外尔费米子）相当，这为利用手性声子调控拓扑电子态提供了潜在可能。通过选取合适的光子能量进行共振激发，有望在超快时间尺度下实现手性声子、外尔费米子与磁有序之间的相互调控，为未来构筑超快量子器件奠定基础。

研究成果以“铁磁外尔半金属中磁有序诱导的手性声子”为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊上。杨鲁懿和张田田为该论文的共同通讯作者，清华大学物理系2018级博士毕业生车梦倩为第一作者。

（物理系）