近日，由东南大学杨润副教授、斯图加特大学Martin Dressel教授课题组、中国科学院物理研究所邱祥冈课题组、中国科学院理论物理研究所张田田副研究员组成的研究团队在《Physical Review Letters》杂志发表了一篇题为“Inherent Circular Dichroism of Phonons in Magnetic Weyl Semimetal Co₃Sn₂S₂”的研究论文（DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.196905），报道了在磁性外尔半金属Co₃Sn₂S₂中，通过红外光谱学实验观测到无外场下声子呈现圆偏振现象。

图1：(a) 磁性外尔半金属Co3Sn2S2的晶格结构和其中红外活性的Eu模式振动。(b)Co3Sn2S2中的拓扑能带。(c)电声子耦合示意图。

图2：Co₃Sn₂S₂中红外活性的Eu模式声子，在两个圆偏振通道中不同程度的电声子耦合导致了声子的圆二色性。(a) 极性Kerr旋转测量的示意图，其中光与磁矩平行但垂直于样品表面。(b) 在10 K温度下测量的低于0.8 eV的Kerr旋转角光谱。插图显示了在不同温度T下测量的声子B、C和D的Kerr旋转光谱，其中电子背景被减去。(c) Co₃Sn₂S₂在10 K下的圆偏振光学电导率σ^±_⊥(ω)。四个红外活性声子用大写字母标记。虚线表示非偏振光学电导率σ_xx1(ω) = 1/2[σ⁺_⊥(ω) + σ⁻_⊥(ω)]。(d) 每种圆偏振下的EPC示意图，其中构成Weyl节点环的能带具有不同的角动量+3/2（橙色）和+1/2（蓝色），分别表示。实线和虚线表示声子和电子的直接带间跃迁。(e)–(g) 在10 K下每种圆偏振下声子B、C和D的线形。黑色实线是Fano模型的拟合。

研究团队聚焦于磁性外尔半金属Co₃Sn₂S₂，其具有中心对称晶格结构。在居里温度（TC≈175 K）以下，Co₃Sn₂S₂具有倾斜的外尔节线环。研究人员采用反射率和极化克尔旋转光谱学等方法，对样品的光学性质进行了详细测量和分析。在Co₃Sn₂S₂的光电导中，研究人员发现低于居里温度时，原本对称的声子吸收峰展现出不对称的Fano线形。这表明声子与电荷激发之间存在强耦合。根据能量尺度，这种耦合源于红外Eu模式声子与Weyl节线环上电子激发的干涉效应。在极化克尔旋转光谱中，除了电子响应信号外，研究团队还观测到声子的信号。在右旋和左旋圆偏振的光电导中，声子的吸收峰存在明显差异，证明了声子在两种圆偏振通道中的耦合强度不同。在两种圆偏振通道中，不同程度的电声子耦合打破了声子场的时间反演对称性，导致声子峰位的分裂。由于磁交换作用使拓扑能带逐渐移动，声子的圆二色性还表现出显著的温度依赖性。

该研究在磁性拓扑材料中提供了无磁场下声子圆偏振的实验证据，证实了即使在中心对称系统中，声子也能通过与拓扑能带间电子的激发的耦合实现圆偏振。这一发现不仅加深了人们对声子物理性质的认识，还为未来通过温度、掺杂、门电压和外磁场等多种手段操控声子极化和手性开辟了新途径。

这项工作得到了国家重点研发计划、自然科学基金、东南大学优势理科学科交叉平台、教育部量子材料与信息器件重点实验室开放基金、德国科学基金会以及洪堡学者博士后基金的资助与支持，体现了国际合作在前沿物理研究中的重要作用。