Chirality-induced phonon spin selectivity by elastic spin–orbit interaction

物理 角动量 扭转(腹足类) 自旋(空气动力学) 声子 经典力学 量子力学 凝聚态物理 热力学 医学 外科
作者
Chenwen Yang,Jie Ren
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (47) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2411427121
摘要

Spin and orbital degrees of freedom are crucial in not only fundamental particles but also classical waves such as optical systems, wherein the spin-orbit interaction (SOI) of light provides new perspectives for manipulating electromagnetic waves. Elastic waves possess similar spin angular momentum (SAM) and orbital angular momentum (OAM). However, the elastic counterpart of SOI remains unexplored, even for ubiquitous elastic waveguides (WG). Here, we demonstrate the existence of elastic SOI in helical WG. We prove that the torsion and curvature of helical WG induces synthetic gauge potentials in describing the elastic vibrations. Through analytical theory and simulations, we unveil the interplay among elastic SAM, intrinsic OAM, and extrinsic OAM, impacted by the elastic SOI. Importantly, results show that elastic SOI can introduce the Chirality-Induced Phonon Spin Selectivity. These findings advance our understanding of angular momentum physics in elastic waves and enable practical strategies for wave manipulation.
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