由旋转富勒烯经光与热驱动的巨大晶格轨道与自旋角动量

固体中的晶格振动可携带角动量。但与电子的固有自旋不同，晶格振动很少是转动性的。为诱导角动量，需找到能容纳扭转正模、两个正交模或磁子激发的材料。若激发过强，可能超出 Lindemann 极限，从而材料熔化。因此这些方法并不理想。本文中，我们在理论上提出分子晶体 $\rm C_{60}$ 中声子角动量的新路径。我们发现单个激光脉冲能够向 $\rm C_{60}$ 注入显著量的角动量，且动量转移依赖于螺旋性。从右旋圆偏振光切换为左旋圆偏振光会反转声子角动量的方向。在超快时间尺度上，轨道角动量的变化与相干声子的位移激发极为相似，具有随时间的余弦函数依赖，不同于自旋对应物。即便在强激光激发下，原子位移仍远低于 Lindemann 判据。在热激发下，旋转的 $\rm C_{60}$ 即便在室温也产生接近数百 $\hbar$ 的巨大角动量。我们的发现向一大类富勒烯（从 $\rm C_{60}$、C$_{70}$ 到其内嵌衍生物）敞开大门，其中角动量可通过光或温度产生。这为声子调控电子自旋及通过声子角动量收集热能铺平了道路。