来源：中国科学杂志社
互易（Reciprocity）关系是自然界中比较基本和常见的物理规律。从电动生磁、磁动生电的电磁感应现象（以及皮埃尔•居里1894年提出的磁电效应），到描述流和力之间输运系数矩阵是半正定的Onsager互易关系，无一不体现了某一物理过程与其逆过程的对等性这一内涵。甚至在“庄生梦蝶”这个我们耳熟能详的故事里，它也表达了带有东方哲学色彩的互易观念：庄子弄不清是他梦到自己是蝴蝶，还是醒来的他只不过是一只做梦的蝴蝶(类似的，图1(a)显示的是科学思维版画大师M. C. Escher作品中体现出的互易性)。相反，对于一个物理对象，如果沿一个方向的运动行为与其沿反方向的运动行为存在差异，这一特质就称为非互易性，而如果这一对象是波动，这种性质就被特称为非互易二向色性。大家熟悉的p-n结中的二极管，它能实现对电流的“正向导通，反向截断”的功能，就是一个很典型的例子。二极管之所以能对电子的电荷进行非互易的输运，从对称性破缺的角度来说，是因为p-n结的空间电荷区存在的内建电场，打破了空间反演对称性，破坏了电子（或空穴）流动的方向性。一般来讲，除了电子外，声子、自旋波、光子等在对称破缺的晶体中的输运行为同样可以表现出非互易二向色性，而拥有磁电耦合效应的多铁体由于同时打破了空间和时间反演对称性，对传播中的光子的磁矢量和电矢量同时敏感，在非互易二向色性的研究中得到了人们的更大关注(图1(b))。
图1 (a) M. C. Escher作品中体现出的互易性; (b)类似于电学二极管，多铁体中可以实现的“光学二极管”：相反方向的电磁波在多铁晶体中传播的强度不同。
图2 光子的相反方向运动若能被某一种对称操作所联系，则表现出互易性；反之则为非互易二向色性。具体来说，波矢+k与-k间的互易性受空间反演操作、时间反演操作和垂直于+k(-k)矢量镜面反映操作等的保护。多铁体中的磁手征效应同时破坏了时间反演和垂直于+k(-k)矢量的镜面反映对称性(图2(c))，而光磁电效应则同时破坏了空间反演和时间反演对称性(图2(d))，从而导致非互易二向色性。
近日，华东师范大学极化材料教育部重点实验室沈阳、余冰、童文旖及导师赵庆彪教授和段纯刚教授，在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 2020年第10期发表题为“Nonreciprocal directional dichroism in multiferroics（多铁体中的非互易二向色性）”的综述文章。该文章从经典电磁学和唯象理论的角度，综述了两种代表构型下非互易二向色性现象的基本物理内涵(图2)，并从对称性的角度，将特定戈德斯通模式的电磁振子解释为多铁体中体现非互易二向色性的电激活自旋波元激发；同时从微观机制的角度，用统一的观点看待静态和动态磁电耦合现象，将具有非互易二向色性的电磁振子加以分类，并分别总结了各自的极性选择定则和原型材料。此外，对当前多铁体中的非互易二向色性研究存在的问题进行了总结，并展望了未来该领域的研究方向。该文章为磁电耦合和非可逆动力学研究提供了一个统一而独特的视角。同时，针对多铁体中非互易二向色性所总结出的研究范式，可以供其它非互易现象的研究借鉴与参考。来源：scichina1950 中国科学杂志社
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