轴子光学诱导反铁磁序

利用圆偏振光控制量子物质是物理学、化学和生物学中极具吸引力的课题。以往研究已展示了依赖于螺旋度的空间手性与磁化强度 $M$ 的光学控制。前者对化学中的不对称合成与生物分子的同手性至关重要，而后者对铁磁自旋电子学极具意义。在本文中，我们报道了在二维偶数层 MnBi$_2$Te$_4$（一种既无手性也无 $M$ 的拓扑轴子绝缘体）中，依赖于螺旋度的完全补偿反铁磁（AFM）序的光学控制这一惊人现象。我们进一步展示了利用双诱导光束实现依赖于螺旋度的 AFM 畴壁光学创制，以及利用超快脉冲直接反转 AFM 畴。通过光螺旋度对 AFM 畴与畴壁的控制和反转，在任何完全补偿 AFM 中均属首次实现。为理解该光学控制，我们研究了一种正比于 AFM 序的新型圆二色性（CD），其仅出现在反射中而透射中不存在。我们表明，该光学控制与 CD 均源于光学轴子电动力学，其可可视化为贝里曲率实空间偶极。我们的轴子诱导为光学控制诸如 Cr$_2$O$_3$、CrI$_3$ 以及铜氧化物中可能的新型态等一族 $\mathcal{PT}$ 对称 AFM 提供了可能。在 MnBi$_2$Te$_4$ 中，这进一步开启了由拓扑边缘态构成的无耗散回路的光学写入之门。