中国研究人员报告称，手性声子可与磁晶体中的磁激发子发生强烈相互作用。南京大学包松团队借助中子光谱手段，在一种铁磁性材料中绘制出与手性声子相关的磁性特征，从而为理解晶格振动与磁激发之间的联系提供了实验线索。相关成果已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

手性声子与磁激发的研究难点

声子是晶格中原子集体振动的量子化表征，可在固体中传播并携带声波与热能。作为准粒子，声子能够与材料中的其他激发相互作用。在特定条件下，声子还会呈现“手性”特征：离子在振动过程中发生圆周运动，使声子获得角动量并产生微小磁矩，该磁矩在垂直于声子传播方向的平面内旋转；同时，顺时针与逆时针旋转对应的声子性质并不相同。

研究人员指出，尽管相关效应受到关注，但此前实验多集中在非磁性材料，并主要依赖光学手段。光学方法虽具优势，但难以完整解析声子在材料中的能量与动量变化，从而限制了对手性声子与磁激发子（电子自旋集体振荡的准粒子）关系的探测。

非弹性中子散射提供动量分辨信息

在本项研究中，团队采用非弹性中子散射技术对激发谱进行能量与动量空间的描绘。研究人员表示，中子携带磁矩且不带电荷，可同时探测晶格振动与磁性行为，并避免受到晶体内部电场的强烈影响。

实验中，中子束被用于照射铁磁化合物 Fe₁.₇₅Zn₀.₂₅Mo₃O₈ 的单晶样品。通过测量中子与晶体相互作用后的散射信号，团队重建了材料在不同温度与磁场条件下的激发谱。

居里温度以下出现与声子相关的磁性散射增强

研究结果显示，在材料居里温度以下，团队观测到与声子相关的明显磁性特征：在小动量区域，声子模式对应的磁散射出现增强，指向声子与磁激发子之间存在强耦合。研究人员进一步报告，当样品加热至居里温度以上时，上述特征消失，表明相关效应来源于材料的磁序。

后续将尝试用极化中子直接解析手性

研究团队表示，该工作为手性声子在磁性系统中的行为提供了较为少见的动量分辨视角，并在实验上建立了晶格振动、自旋激发与磁序之间的直接联系，有助于推进对量子材料中热、声与自旋相互作用的理解。

团队还称，未来计划开展极化中子散射实验，以期在动量空间直接解析声子的手性特征。

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