东京工业大学理学院物理学系教授佐藤琢哉、教授村上修一、放送大学教授岸根顺一郎、大阪公立大学研究生院工学研究科教授户川欣彦等人组成的研究团队，在辰砂（α-HgS）的手性晶体内发现了“旋转原子的运动模式（手性声子）”。
图1 具有螺旋轴（c轴：从下往上贯穿图中央的长箭头）的αHg-S手性晶体（右手性）晶体结构。大球表示Hg原子，小球表示S原子，绿线表示Hg-S的化学键。（供图：东京工业大学）
虽然此前人们已发现二维物质中存在手性声子，但人们希望能发现边旋转边进行空间传播的真正的手性声子。据佐藤教授表示:“我们认为通过照射具有螺旋轴的三维手性物质，能发现具有真正的手性性质的圆偏振光。”
为此，研究团队着眼于具有螺旋轴的三维手性晶体，利用αHg-S晶体进行圆偏振光拉曼散射测量，成功将圆偏振光所具有的角动量转移到手性声子上。此外，通过与第一性原理计算结果进行比较，确认了此次观测到的手性声子的确是沿螺旋轴传播的（即真正的手性声子）。研究团队还发现手性声子的传播方向会随着原子的旋转方向进行反转，这种反转是由晶体的手性（右手性、左手性）导致的。
上述成果明确证实了拉曼散射过程中的角动量守恒定律。此外，该方法还能够以光学显微镜的分辨率判断具有螺旋轴的手性晶体的手性。
由此，光学/声学器件中作为信息载体的角动量的转移成为可能，并有望与自旋电子器件相结合，推动光学/声学/自旋电子器件的开发。
佐藤教授表示：“根据圆偏振光的螺旋度（向右转还是向左转），可以控制声子的拟角动量和传播方向，因此能作为信息传递介质加以利用。当前的目标是通过包括光学、声学和自旋在内的角动量转移，研制出光学/声学/自旋电子器件。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Physics
论文：Truly chiral phonons in α-HgS
DOI：10.1038/s41567-022-01790-x
