2026年5月4日——一个国际研究团队展示了一种新机制，通过该机制，晶体中通常因对称性而解耦的不同振动可以被动态连接起来。利用光散射技术，该团队证明，在一类具有内置旋转特性（称为铁轴材料）的特殊晶体中，这种有序状态的集体涨落充当了原本独立振动模式之间的动态桥梁。这种被称为共振手性修饰的非传统通道也已在理论上得到全面解释。该研究成果发表在《自然·物理》期刊上，为利用光探测和控制奇异量子相开辟了新途径。

对称性是自然界最基本的原理之一。它描述了物体在旋转、反射或其他变换后看起来不变的规则。在材料中，对称性决定了原子和电子的排列方式及其集体运动方式。至关重要的是，对称性甚至可能阻止某些集体原子运动（振动）发生相互作用：有些振动被完全禁止相互通信。但如果这些对称性限制并不像看起来那样严格呢？

《自然·物理》期刊上的一项新研究表明，这些约束可以被部分解除。得克萨斯大学奥斯汀分校和马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所（MPSD，位于汉堡）的研究人员发现，电子涨落可以动态地桥接对称性通常会保持分离的振动。这项研究由得克萨斯大学奥斯汀分校Edoardo Baldini团队领导，揭示了光、振动和电子如何在一种称为铁轴材料的特殊晶体中相互交织，为利用光控制量子态开辟了新机遇。

研究人员聚焦于一种层状材料，该材料在室温下会形成一种奇异量子态。离子和电子共同重新排列成一种静态的波状图案，称为电荷密度波（CDW），表现为大卫之星簇的拼接（见图）。这些星簇可以以两种不同方式定向，赋予晶体一种内置的手性（也称为平面手性）。由此产生的量子态称为铁轴有序态，其研究难度极高。与磁化强度对磁场有响应的铁磁体不同，铁轴有序态既不直接与电场耦合，也不直接与磁场耦合。标准光学实验无法触及它。

然而，这种有序图案并非固定不变。大卫之星簇可以集体振动，周期性调制CDW的强度（或振幅）：物理学家将这种协调运动称为振幅子。那么，一个核心问题就变成了：这种特殊的振荡能否影响晶体的其他振动？如果能，又是如何影响的？

为了回答这个问题，该团队使用了手性分辨光散射技术，该技术可测量晶体振动对具有明确手性（即偏振方向顺时针或逆时针旋转）的光的响应。将这种方法应用于铁轴晶体后，研究人员发现，当光的手性与晶体手性匹配时，某些振动的反应更强，导致两种偏振之间的强度不平衡。

“通过观察振动对左旋和右旋圆偏振光的响应，我们可以看到CDW的手性并绘制出单个铁轴畴，”得克萨斯大学奥斯汀分校的研究生彭馨月（音译）解释道。

通过改变温度，研究人员可以调节振幅子的能量。左旋和右旋响应之间的不平衡在一种特定条件下最强：当普通振动的能量与振幅子能量匹配时。

“当这两种能量对齐时，振动响应会发生变化，”论文第一作者Francesco Barantani表示，“我们的观测表明，CDW涨落可以主动连接对称性通常会分离的晶体振动。”

为了解释这些发现，汉堡MPSD的Angel Rubio团队与罗马大学的Lara Benfatto合作，发展了一种微观理论。

“振幅子充当了不同对称性振动之间的共振桥梁，将原子运动的较低能量与电子部分的高能量连接起来，”理论物理学家Emil Vi?as Bostr?m补充道。

汉堡大学Michael Rübhausen团队进行的额外测量证实了该模型的稳健性。由于该效应在室温下起作用，共振手性修饰为探测和潜在控制铁轴态提供了一条实用的新途径。调谐至特定能量的超快激光脉冲可以选择性地激活对称性通常禁止的相互作用。该方法为在广泛材料类别中操控量子态指出了新方向。