2月14日，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張力發(fā)團(tuán)隊(duì)及國外合作者在手性聲子領(lǐng)域再次取得突破性進(jìn)展，相關(guān)的研究成果以“Chiral-phonon-activated spin Seebeck effect”為題，在國際凝聚態(tài)物理和材料領(lǐng)域的頂尖期刊《Nature Materials》（《自然·材料》）在線發(fā)表。《Nature Materials》是由Nature?出版集團(tuán)出版發(fā)行的全球著名的期刊，是凝聚態(tài)物理物理、材料、化學(xué)等學(xué)科最具影響力的期刊之一，2022年影響因子高達(dá)47.656。我校張力發(fā)教授、周俊教授、李曉教授以及博士生楊宇承擔(dān)了該論文的理論計(jì)算和數(shù)值模擬工作。張力發(fā)教授和北卡羅來納州立大學(xué)Dali Sun教授、Jun Liu教授，北卡羅來納大學(xué)的Wei You教授為本文共同通訊作者。

自旋是電子的一種重要屬性，將其屬性引入半導(dǎo)體器件中，用電子電荷和自旋共同作為信息的載體，可以實(shí)現(xiàn)自旋電子器件，相較于常規(guī)的電子器件其具有非揮發(fā)性、長效性和高速性等特點(diǎn)，是未來器件發(fā)展的一個(gè)重要方向。自旋塞貝克效應(yīng)作為產(chǎn)生純自旋流的一種方式在信息傳輸、存儲(chǔ)及新能源開發(fā)和廢熱利用方面有著廣闊的應(yīng)用前景,但其產(chǎn)生的自旋流較弱、需要鐵磁接觸以及需要外磁場存在這些因素極大的阻礙了這一效應(yīng)的廣泛應(yīng)用。在本研究中，張力發(fā)教授等人在無磁性元素（外磁場、鐵磁材料）的條件下，在手性陽離子植入的二維層狀雜化有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦中觀察到了手性聲子驅(qū)動(dòng)的自旋電流，測量獲得的自旋賽貝克效應(yīng)比以往報(bào)道的更加顯著。這是由于手性陽離子的引入打破了材料的空間反演對稱性，即使在沒有外部磁場的情況下，順時(shí)針和逆時(shí)針圓偏振聲子模式的簡并被解除，在溫度梯度下表現(xiàn)出非零的角動(dòng)量和局域磁場，可以通過電子-聲子相互作用來轉(zhuǎn)移或改變電子以及空穴的自旋狀態(tài)。自然地，當(dāng)手性陽離子與重金屬薄層相接觸時(shí)，一個(gè)與自旋塞貝克效應(yīng)相似的且強(qiáng)烈的非平衡自旋電流在導(dǎo)體被驅(qū)動(dòng)。這一系列結(jié)果表明了手性聲子在自旋熱電子學(xué)應(yīng)用中的潛力，并為在沒有磁性材料的情況下操控自旋提供了新的手段。

在本工作中，張力發(fā)教授及其合作者們利用超快激光脈沖照射非磁性二維手性雜化有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦材料，在其縱向誘導(dǎo)巨大的瞬態(tài)溫度梯度，從而觀察到了手性聲子激活自旋塞貝克效應(yīng)。通過時(shí)間分辨磁光克爾效應(yīng)的測量結(jié)果，精準(zhǔn)的探測了在相鄰非磁性導(dǎo)體中通過手性聲子產(chǎn)生瞬態(tài)自旋電流，發(fā)現(xiàn)手性聲子產(chǎn)生的自旋電流的相位與薄膜的手性配體存在這對應(yīng)的關(guān)系，并且可以持續(xù)約4納秒。