近日，重慶大學物理學院王銳教授與許東輝教授團隊在雙圓偏振光驅動旋磁效應研究中取得重要進展。相關研究成果以“Gyrotropic Magnetic Effect in Black Phosphorus Irradiated with Bicircular Light”為題發表于《科學通報》(Science Bulletin)上（DOI：10.1016/j.scib.2025.11.006）。

旋磁效應（Gyrotropic magnetic effect）是描述緩慢變化的磁場作用下產生電流的現象，被認為自然旋光性在低頻極限下的表現。理論研究表明，空間反演對稱性破缺的手性外爾半金屬是實現旋磁效應的理想平臺，其旋磁系數與外爾半金屬節點間能量分離成正比，這使得旋磁效應成為探測拓撲電子結構的直接手段。然而，該效應的實驗觀測仍面臨兩大關鍵挑戰：首先，在多數空間反演對稱破缺的外爾半金屬中，時間反演對稱性仍然保持，加之晶體對稱性的約束，導致相反手性的外爾點在能量上簡并，從而使凈旋磁電流為零；其次，盡管部分本征手性半金屬（如CoSi、AlPt）中外爾點能量發生分離，但體系中通常存在多對外爾點，各對外爾點所產生的旋磁響應相互疊加、干擾，使得對效應的直接探測與清晰辨識變得極為困難。因此，實現旋磁效應實驗觀測的核心關鍵在于獲得僅含單一對且能級顯著分離的外爾點的外爾半金屬體系。

圖1. 雙圓偏振光驅動的旋磁電流概念圖與模型結果。

鑒于此，研究團隊從理論上提出了一種實現旋磁效應的新機制：利用雙圓偏振光輻照各向異性節線半金屬。該方案的核心在于，通過光場驅動選擇性地破壞體系的空間對稱性，從而在動量空間中誘導出僅存一對且能量顯著分離的外爾點。這種受控的能帶結構為產生純凈、可觀測的旋磁電流提供了理想條件（圖1）。通過第一性原理計算與Floquet理論結合，研究團隊發現黑磷（Black phosphorus）是該方案的理想載體材料。其固有的強晶體各向異性能夠顯著增強旋磁響應，理論預測所產生的旋磁電流密度可達μA/μm2量級（圖2）。研究還表明，該電流可通過調控雙圓偏振光的偏振態和強度進行連續操控，并論證了在現有激光技術與測量條件下實現的可行性。此項工作不僅為在凝聚態體系中直接觀測長期難以捕捉的旋磁效應提供了明確的理論方案與材料平臺，也凸顯了光場對稱性工程在調控拓撲物態方面的巨大潛力，為在凝聚態體系中探索光與物質的相互作用開辟了新視角。

圖2. 黑磷中雙圓偏振光誘導的電子結構演化與可操控的旋磁電流。

物理學院詹方洋博士為該論文的第一作者，王銳教授和許東輝教授為該論文的通訊作者，重慶大學為第一作者和通訊作者單位。論文作者還包括重慶師范大學余鵬教授和靳鑫副教授，重慶大學馬大帥副研究員以及南方科技大學范靖博士。該工作得到了國家自然科學基金、重慶市自然科學基金、北京凝聚態物理國家實驗室、中國博士后科學基金、重慶市博士后研究項目以及重慶市教委科學技術研究項目的資助。

論文全文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.11.006

來源：物理學院