晶格模式间角动量传递的直接观测

晶体的离散旋转对称性导致了固体中量子化角动量的守恒。尽管晶格振动（声子）之间通过非简谐耦合进行的能量与线动量交换是固体物理学的基石，但晶格内角动量的守恒与传递仍是一个假设。近期，声子角动量（通常以手性声子的形式）被与巨大磁场、热霍尔电导率、动态多铁性、超快退磁或磁切换联系起来。然而，声子间角动量传递这一固有过程（达到任何磁化平衡所根本必需，且对固体中所有自旋弛豫现象不可或缺）仍然难以捉摸。在此，我们通过建立螺旋非线性声子学，展示了角动量从一个晶格模式到另一个晶格模式的相干传递。我们直接观测了由赝角动量守恒和拓扑绝缘体硒化铋的三重旋转对称性决定的旋转声子-声子 Umklapp 散射。我们确认非线性声子-声子耦合是一个角动量传递通道，这得到了我们的 ab-initio 计算的证实。除了对自然界中丰富的角动量耗散具有普适意义外，我们的工作还主动逆转了自然流动，导致了晶格角动量的非线性上转换。因此，我们开启了螺旋与手性非线性声子学领域，代表了一种用于超快控制自旋、拓扑和手性准粒子的选择性手段。