重庆大学重庆大学王锐教授与许东辉教授团队在光调控拓扑物态研究方面取得重要进展

近日，重庆大学物理学院王锐教授与许东辉教授团队在双圆偏振光驱动旋磁效应研究中取得重要进展。相关研究成果以“Gyrotropic Magnetic Effect in Black Phosphorus Irradiated with Bicircular Light”为题发表于《科学通报》(Science Bulletin)上（DOI：10.1016/j.scib.2025.11.006）。

旋磁效应（Gyrotropic magnetic effect）是描述缓慢变化的磁场作用下产生电流的现象，被认为自然旋光性在低频极限下的表现。理论研究表明，空间反演对称性破缺的手性外尔半金属是实现旋磁效应的理想平台，其旋磁系数与外尔半金属节点间能量分离成正比，这使得旋磁效应成为探测拓扑电子结构的直接手段。然而，该效应的实验观测仍面临两大关键挑战：首先，在多数空间反演对称破缺的外尔半金属中，时间反演对称性仍然保持，加之晶体对称性的约束，导致相反手性的外尔点在能量上简并，从而使净旋磁电流为零；其次，尽管部分本征手性半金属（如CoSi、AlPt）中外尔点能量发生分离，但体系中通常存在多对外尔点，各对外尔点所产生的旋磁响应相互叠加、干扰，使得对效应的直接探测与清晰辨识变得极为困难。因此，实现旋磁效应实验观测的核心关键在于获得仅含单一对且能级显著分离的外尔点的外尔半金属体系。

图1. 双圆偏振光驱动的旋磁电流概念图与模型结果。

鉴于此，研究团队从理论上提出了一种实现旋磁效应的新机制：利用双圆偏振光辐照各向异性节线半金属。该方案的核心在于，通过光场驱动选择性地破坏体系的空间对称性，从而在动量空间中诱导出仅存一对且能量显著分离的外尔点。这种受控的能带结构为产生纯净、可观测的旋磁电流提供了理想条件（图1）。通过第一性原理计算与Floquet理论结合，研究团队发现黑磷（Black phosphorus）是该方案的理想载体材料。其固有的强晶体各向异性能够显著增强旋磁响应，理论预测所产生的旋磁电流密度可达μA/μm²量级（图2）。研究还表明，该电流可通过调控双圆偏振光的偏振态和强度进行连续操控，并论证了在现有激光技术与测量条件下实现的可行性。此项工作不仅为在凝聚态体系中直接观测长期难以捕捉的旋磁效应提供了明确的理论方案与材料平台，也凸显了光场对称性工程在调控拓扑物态方面的巨大潜力，为在凝聚态体系中探索光与物质的相互作用开辟了新视角。

图2. 黑磷中双圆偏振光诱导的电子结构演化与可操控的旋磁电流。

物理学院詹方洋博士为该论文的第一作者，王锐教授和许东辉教授为该论文的通讯作者，重庆大学为第一作者和通讯作者单位。论文作者还包括重庆师范大学余鹏教授和靳鑫副教授，重庆大学马大帅副研究员以及南方科技大学范靖博士。该工作得到了国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、北京凝聚态物理国家实验室、中国博士后科学基金、重庆市博士后研究项目以及重庆市教委科学技术研究项目的资助。

论文全文链接: https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.11.006

来源：物理学院