电子同时具备自旋、电荷和轨道角动量三种固有属性。多年来，科研人员一直尝试利用电子自旋来更高效地产生电流，而以电子轨道角动量为核心的“轨道电子学”则是近几年才兴起的新方向。

北卡罗来纳州立大学有机与碳电子实验室（ORaCEL）成员、物理学教授孙达力表示：“传统上，要在实验中稳定地产生轨道电流一直是个技术难题。”

在一项最新研究中，孙达力与国际合作团队提出并验证了一种全新的轨道电流产生方案，展示了开创性的实验路径。

“虽然此前也有其他方法可以产生轨道角动量，但我们这次的方法可以使用更廉价、储量更丰富的材料，”孙达力说。这项研究成果已发表在《自然物理》期刊上。

研究团队提出的新方法，是目前已知效率最高的电子轨道角动量产生途径之一，其核心突破来自当代物理学中的热门概念——手性声子。

所谓手性声子，是指在热等能量源激发下，材料中的一簇原子会沿圆周轨迹运动。当这些声子在材料中传播时，它们会携带并传递这种圆周运动，也就是角动量。

“在这项工作中，我们证明了可以利用手性声子所携带的角动量，并将其转化为轨道电流，而不是自旋电流，”共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授、ORaCEL成员刘军解释道。

研究人员首次实验证明，手性声子能够在非磁性材料中，直接把轨道角动量传递给电子。

“我们不需要磁体，不需要电池，也不需要外加电压。我们只需要一种具有手性声子的材料，”合著者、犹他大学物理与天文学系杰出教授瓦利·瓦尔德尼补充说，“过去这几乎是不可想象的。现在，可以说我们开启了一个全新的研究领域。”

团队希望，这一成果能为更具成本优势的轨道电子器件和应用打开大门。

“这项研究还回答了一个基础问题：材料结构中的手性如何与轨道电流发生相互作用。我们期望这能进一步推动整个轨道电子学领域的发展，”孙达力表示。