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熱霍爾效應中的普適標度律研究獲進展

2020-05-22 物理研究所
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  2019年,《自然》雜志報道在銅氧化物高溫超導母體中也發現了巨大的熱霍爾效應,引起了很多討論。與一般霍爾效應不同,熱霍爾效應測量垂直磁場下縱向熱流導致的橫向溫度梯度。在關聯絕緣體中,熱霍爾效應來自電中性載流子如聲子、磁激子、自旋子等的本征或誘導的非平庸拓撲性質。在自旋液體材料中,熱霍爾效應在實驗和理論兩個方面都有很多研究。但是現有微觀理論模型都非常複雜,難以和實驗建立起直接聯系。

  为了填补微观理论模型与实验间的空隙,中國科學院物理研究所/北京凝聚态物理國家研究中心研究员杨义峰与清华大学教授张广铭和中國科學院大學卡弗里理论科學研究所教授张富春合作,借鉴费米液体理论的唯象思想,提出了分析关联绝缘体中霍尔热导率的最小模型,进而预言依赖于电中性费米或玻色载流子的贝里曲率的能量分布,霍尔热导率在低温下会分别呈现饱和、幂数、热激发等不同行为,但在载流子拓扑半带宽量级的中间温区上则会呈现出普适的对温度的指数依赖关系,不依赖于具体材料细节。这一普适标度律在自旋液体材料RuCl3、量子順電材料SrTiO3和銅氧化物中都得到了實驗數據的支持。

  以上普適標度律的發現加深了對熱霍爾效應的物理認識,爲理論解釋實驗搭建了唯象的橋梁。文章發表于《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 124, 186602 (2020))。该工作得到科技部、基金委、中科院战略性先导科技专项及青促会的支持。

  論文链接

圖1:理論預言的霍爾熱導率,呈現兩個實驗相關的溫區,D爲半帶寬。

圖2:對RuCl3和SrTiO3實驗數據的擬合,支持理論預言的普適標度律。

打印 責任編輯:葉瑞優

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