東京工業大學理學院物理可用能學系教授佐藤琢哉、教授村上修一、放送大學教授岸根順一郎、大阪公立大學研究生院工學研究科教授戶川欣彥等人組成的研究團隊，在辰砂（α-HgS）的手性晶活體內發現了「旋轉原子的運動模式（手性聲子）」。
圖1 具有螺旋軸（c軸：從下往上貫穿圖中央的長箭頭）的αHg-S手性晶體（右手性）晶體結構。大球表示Hg原子，小球表示S原子，綠線表示Hg-S的化學鍵。（供圖：東京工業大學）
雖然此前人們已發現二維物質中存在手性聲子，但人們希望能發現邊旋轉邊進行空間傳播的真正的手性聲子。據佐藤教授表示:「我們認爲透過照射具有螺旋軸的三維手性物質，能發現具有真正的手性性質的圓偏光。」
爲此，研究團隊着眼於具有螺旋軸的三維手性晶體，利用αHg-S晶體進行圓偏光拉曼散射測量，成功將圓偏光所具有的角動量轉移到手性聲子上。此外，透過與第一性原理計算結果進行比較，應答了此次觀測到的手性聲子的確是沿螺旋軸傳播的（即真正的手性聲子）。研究團隊還發現手性聲子的傳播方向會隨着原子的施轉方向進行反轉，這種反轉是由晶體的手性（右手性、左手性）導致的。
上述成果明確證實了拉曼散射程序中的角動量守恆定律。此外，該方法還能夠以光學顯微鏡的解析度判斷具有螺旋軸的手性晶體的手性。
由此，光學/聲學器件中作爲資訊載體的角動量的轉移成爲可能，並有望與自旋電子器件相結合，推動光學/聲學/自旋電子器件的開發。
佐藤教授表示：「根據圓偏光的螺旋度（向右轉還是向左轉），可以控制聲子的擬角動量和傳播方向，因此能作爲資訊傳遞介質加以利用。當前的目標是透過包括光學、聲學和自旋在内的角動量轉移，研製出光學/聲學/自旋電子器件。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Physics
論文：Truly chiral phonons in α-HgS
DOI：10.1038/s41567-022-01790-x
