强磁铁给声子带来新的扭曲：研究揭示了对化合物晶格的意外影响

赖斯大学博士后研究员安德烈·拜丁（Andrey Baydin）准备在兰博（RAMBO）进行一项实验，这是一种可以让材料冷却并暴露在高磁场下的台式光谱仪。这台仪器有助于揭示非磁性声子可以被磁场操纵的现象。作者：Jeff Fitlow/莱斯大学

声子是集体原子振动或准粒子，在晶格中充当主要的热载体。在某些情况下，它们的性质可以通过电场或光来改变。但直到现在，还没有人注意到它们也能对磁场做出反应。

这可能是因为它需要一个强大的磁铁。

在物理学家河野纯一郎（Junichiro Kono）和博士后研究员安德烈•拜丁（Andrey Baydin）的带领下，莱斯大学的科学家们在一种完全非磁性的半导体晶体铅碲（PbTe）中引发了意想不到的效应。他们把小样本暴露在强磁场中，发现他们可以操纵这种材料的“软”光学特性声子模式。

与声学声子不同，声子可以被理解为同步运动的原子，产生声波并影响材料的热导率，光学声子是由相邻的原子以相反的方向振荡来表示的，并且可以被光激发；因此，“光学”标签。

实验揭示了这种材料的声子磁圆二色性，即在相对较低的（9特斯拉）磁场下，左手磁场激发右手声子，反之亦然。（相比之下，冰箱的磁铁是5毫特斯拉，或者说是4.5万倍。）

把磁场抽到25特斯拉，促使样品发生塞曼分裂，即谱线像光一样通过棱镜分离，但在磁场中分离，这是核磁共振装置的一个关键特征。这些线也表现出随磁场的整体位移。他们报告说，这些影响比理论预期的要强烈得多。

“这项研究揭示了一种控制声子的新方法，”河野说体检报告“没有人预料到声子可以被磁场控制，因为声子通常对磁场没有反应，除非晶体是磁性的。”

这一发现是由RAMBO（具有宽带光学的水稻高级磁铁）实现的，RAMBO是科诺实验室的一种台式光谱仪，可以使材料冷却并暴露在高磁场中。用激光击中样品可以让研究人员追踪材料内部电子和原子的运动和行为。

在这种情况下，交变原子在低温、磁化和由RAMBO施加的太赫兹波触发的条件下反应不同。分光计感应声子对偏振光的吸收。

“磁场迫使这些离子在一个圆轨道上振荡，”合作论文的作者之一，Kono实验室的博士后研究员Baydin说，“结果是这些声子的有效磁矩非常大。

“没有共鸣相互作用在高磁场中声子和电子之间，所以不可能电子“引起声子的磁响应，”他说令人惊讶的是，声子本身似乎直接对磁场作出反应，人们以前从未见过，也不认为这是可能的。"

河野说，这一发现的应用还有待观察，但他怀疑量子技术专家会对此感兴趣。“我认为这一令人惊讶的发现对量子声子有长期的影响，因为现在有一种方法可以用磁场他说。

巴西圣保罗大学的Felix Hernandez和洛斯阿拉莫斯国家实验室的Martin Rodriguez Vega是这篇论文的共同主要作者。合著者是巴西圣保罗国家空间研究所的安德森·冈崎、保罗·拉普勒和爱德华多·阿布拉莫夫；应用物理研究生泰富阳、赖斯校友诺伊；日本横滨国立大学的Ikufumi Katayama和Jun Takeda；日本东北大学野岛弘之；东北大学和麻省理工学院的格雷戈里·菲特。