手性（Chirality）是自然界中一种普遍存在的非对称属性：当一个物体无法与其镜像完全重合时，它便具有手性。这一概念贯穿从基本粒子到宏观星系的各个尺度，深刻影响着物质间的相互作用规则。近年来，手性的概念被引入量子材料领域，催生出一个全新的研究前沿——手性声子。声子是描述晶体中原子集体振动的能量准粒子，而手性声子则是一类特殊的圆偏振晶格振动模式，携带非零角动量，类似于电磁波中的圆偏振光。2014年，手性声子的概念首次被理论提出并随后在单层二硒化钨中实验观测到，此后迅速成为凝聚态物理的研究热点。

手性声子的物理意义远不止于晶格振动本身。它能够与电子的自旋、轨道和谷自由度发生耦合，由此衍生出一系列丰富的量子物理效应：在温度梯度驱动下，手性声子的定向输运可产生声子磁化，表现出爱因斯坦–德哈斯效应；在自旋电子学领域，手性声子可通过自旋–声子耦合实现角动量的高效传递，产生热驱动的自旋塞贝克效应；此外，手性声子还与声子霍尔效应密切相关，有望为新一代热管理技术的开发提供全新途径。作为操控量子态的新自由度，手性声子有望成为未来量子器件中的关键信息载体。长期以来，学界对于哪些材料能够承载手性声子手性声子的种类和分布规律如何影响材料的宏观物性等基本问题尚缺乏系统性认识，这限制了该领域从基础理论走向实际应用的进程。

近日，浙江大学徐远锋团队在《自然·物理》（Nature Physics）上发表题为Symmetry-guided catalogue of chiral phonon materials的研究论文，首次建立了覆盖全部230种晶体空间群的手性声子对称性分类理论，并通过大规模高通量计算搭建了开放获取的手性声子材料数据库（CPMD, materialsfingerprint.com）。

研究团队从声子角动量在倒空间中的对称表示出发，将32个晶体点群系统地划分为三类：第一类（非手性）：具有反演对称性的中心对称点群（11个），其声子角动量在所有波矢处恒为零，不支持手性声子；第二类（s波手性）：不含任何非正当转动操作的手性点群（11个），其声子螺旋度在布里渊区中呈现各向同性的s波特征；第三类（高阶手性）：包含非正当转动操作的非中心对称点群（10个），其声子螺旋度展现出更为复杂的各向异性空间分布——包括d波、g波和i波三种高阶螺旋度类型。尤为重要的是，第三类材料属于非手性晶体（achiral crystals），其能够承载高阶手性声子这一事实此前未被系统识别，这一发现极大地拓展了手性声子材料的搜索空间。此外，研究团队还对声子角动量输运张量和摆线型声子进行了系统的对称性表示分析，为理解手性声子在热输运中的作用提供了理论基础。

图1手性声子材料的理论分类。

在上述理论框架的指导下，团队基于前期建立的拓扑声子材料数据库（Science 384, eadf8458, 2024），对共计10,219种晶体化合物的声子谱进行了高通量计算与分类。团队自主开发的手性声子计算软件包ChiralPy可系统获取每种材料所有声子模式的角动量、螺旋度、赝角动量和声子磁矩等关键信息。统计结果显示：7.91% 的材料（808种）在布里渊区中支持非零角动量和s波螺旋度；16.06% 的材料（1641种）展现出高阶螺旋度——其中d波1,011种（9.89%）、g波286种（2.80%）、i波344种（3.37%）。进一步分析发现，在已知的高质量无机晶体中，近四分之一具备承载手性声子的对称性条件，其中多数是此前未被关注的非手性晶体——这一发现大幅拓展了手性声子的材料版图。

图2高通量材料计算流程图。

团队与浙江大学计算机学院博士生王振阳合作，将上述全部计算数据——包括声子色散关系、模式分辨的手性声子性质、对称性分类和晶体学信息——整合为国际上首个手性声子材料数据库，面向全球开放获取。该数据库支持基于对称性、化学组成和声子性质的多维检索与筛选功能，助力研究者快速定位符合特定需求的候选材料。此外，团队还从数据库中精选出170种具有显著手性声子能带的材料和494种具有大声子磁矩的材料，作为未来实验探测的优先候选对象。

这项工作为手性声子研究建立了从理论分类到材料筛选的完整链条，有望为多个学科领域提供新的研究载体和应用场景：在基础物理研究方面：高阶螺旋度（d波、g波、i波）手性声子的系统发现，为声子拓扑学和声子磁性研究开辟了新方向。该对称性分类理论原则上可推广至有机–无机杂化晶体，并自然延伸到磁有序等时间反演对称破缺体系。CPMDB数据库将显著加速偏振拉曼光谱、偏振中子散射、超快声子干涉等前沿技术对手性声子的直接探测与定量表征。在器件应用和调控方面：手性声子与电子自旋的耦合机制有望推动新型自旋电子器件和手性催化剂的设计开发。其中第三类非手性晶体虽然在平衡态下不具有几何手性，但可通过光激发等外部手段产生瞬态、可切换的手性声子——这为动态调控晶体手性开辟了前所未有的路径，有望突破传统手性晶体固有手性不可调控的瓶颈。

浙江大学博士生杨悦、毛昱和北京大学肖振宇博士（现普林斯顿大学博士后）为论文的共同第一作者，通讯作者为物理学院关联物质研究中心徐远锋研究员。合作者包括浙江大学物理学院史明、袁辉球和汤衍浩教授，材料学院邓天琪研究员，计算机学院博士生王振阳，中科院物理所博士生李彰桓和李源研究员，北京大学宋志达教授等。该研究得到国家重点研发计划、浙江省自然科学基金、国家自然科学基金、新基石科学基金会以及中央高校基本科研业务费的资助。部分计算在浙江大学物理学院量子多体高性能计算平台上完成。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-026-03260-0