近日，南京大学物理学院张海军教授课题组与合作者在声子磁性研究领域取得重要进展。研究团队建立了电声子耦合诱导声子磁矩的第一性原理计算理论，并开发了相应程序，实现了对磁性材料中圆偏振声子的有效磁矩、塞曼劈裂及磁性声子谱的准确计算。进而，基于该方法，研究团队还预言了一类具有本征声子陈态的候选材料。该工作为探索量子材料中的声子磁效应与声子拓扑物态开辟了新路径。该成果以“Ab Initio Theory of Phonon Magnetic Moment Induced by Electron-Phonon Coupling in Magnetic Materials”为题，于2025年12月16日发表在《物理学评论快报》[Physical Review Letters 135, 256701 (2025)]。

圆偏振声子，又称轴声子（axial phonon），是晶格原子做圆周运动形成的集体激发，携带非零角动量与磁矩，在声子塞曼劈裂、反常声子霍尔效应、爱因斯坦‑德哈斯效应及巴尼特效应等物理过程中扮演关键角色。以往基于经典点电荷模型的理论计算所得声子磁矩远低于实验观测值，差异可达数个数量级。研究表明，电声子耦合是增强声子磁矩的关键机制之一，尤其在磁性金属中，由其贡献的声子塞曼劈裂显著强于经典模型的预测，其背后的潜在物理机制在于电声子耦合将声子角动量转化为电子环形电流。由于电子质量极轻，该电流被大幅放大，从而产生巨大的等效声子磁矩。然而，该领域长期缺乏一套基于第一性原理、且普适用于金属与绝缘体的定量计算方法，严重制约了相关研究的深入发展。

针对这一挑战，研究团队创新性地从声子哈密顿量的时间反演破缺项出发，将声子角动量作为体系微扰，结合线性响应理论，直接计算声子的塞曼劈裂，进而获得有效声子磁矩。该方法具备三大优势：一是基于第一性原理，可对真实材料体系的磁性声子谱与磁矩进行定量计算；二是具有普适性，同时适用于磁性金属与磁性绝缘体；三是可计算全布里渊区内的磁性声子谱。

运用该理论计算方法，研究团队首先以铁磁外尔半金属Co₃Sn₂S₂为例，成功定量解释了近期实验在该体系中观测到的声子塞曼劈裂（图1）。