自旋电子学的核心问题之一是如何操纵磁性材料中的自旋极化，从而获得多种信息状态。在各种自旋操纵方案中，光学方式具有非接触、无损伤、易调节的特征，不受材料平台对称性的约束，成为诱导自旋转矩的有效方案之一。然而，在非线性光磁耦合过程中，通常来说自旋积累和扭矩的强度与材料自旋轨道耦合强度密切相关。为了提高光致自旋转矩，其材料平台需要含有重元素，这一要求强烈限制了可选材料的范围。

为了突破这一瓶颈问题，西安交通大学材料学院材料创新设计中心周健教授课题组提出了非共线磁体中显著的非相对论光致自旋转矩（NR-OIST）效应，从而可以获得单纯由磁交换作用而非自旋轨道耦合主导的光磁耦合过程。在课题组前期相关理论工作的基础上，他们通过密度矩阵微扰方法和自旋群理论，揭示了该光致转矩的波函数量子几何本质，并且证明了非共线磁材料中的光磁耦合可以在非相对论极限下产生，指出光的偏振与其诱导转矩方向的关系（图1）。

图1 自旋空间对称性对非相对论自旋转矩的自旋群约束。

这一方案具有普遍的适用性。基于自旋群理论分析，他们列举了所有共面磁结构的自旋点群及其磁性原子所占据的自旋位群，并给出了它们的NR-OIST响应张量的对称性理论。接下来，他们以若干笼目材料（如Mn₃Ge、Mn₃Sn）为例，利用课题组自主研发的程序软件包对其NR-OIST进行了计算（图2）。结果表明在中等强度的光照下每个Mn原子可受到约30 T的局域有效磁场，这比传统的由自旋轨道耦合诱导的过程强1–2个数量级。该转矩使120°共面自旋构型发生皮秒级的0.1 rad的倾斜振荡，产生长寿命可探测的净磁矩。这一工作扩展了非线性光磁响应理论适用范围，为非共线磁体的光学自旋操纵提供了新的理论方案。

图2 笼目晶体的非相对论OIST效应数值计算结果。

以上工作近期以“Nonrelativistic Optically-Induced Spin Torque in Noncollinear Magnets”（非共线磁体中的非相对论光致自旋转矩）为题发表于物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters, 2026, 137, 186905）上，并入选“编辑推荐”（Editors’ Suggestion）。论文由课题组硕士研究生李志远和周健教授共同完成，该工作得到国家自然科学基金和创新引智111计划支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/vcvp-w5fd

原始数据链接：https://doi.org/10.57760/sciencedb.015am