進展|熱霍爾效應中的普適標度律

2020-12-25 中科院物理所

2019年，《自然》雜誌報導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、自旋子等的本徵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繫。

為了填補微觀理論模型與實驗間的空隙，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心EX9組的楊義峰研究員與清華大學的張廣銘教授和中國科學院大學卡弗裡理論科學研究所的張富春教授合作，借鑑費米液體理論的唯象思想，提出了分析關聯絕緣體中霍爾熱導率的最小模型，進而預言依賴於電中性費米或玻色載流子的貝裡曲率的能量分布，霍爾熱導率在低溫下會分別呈現飽和、冪數、熱激發等不同行為，但在載流子拓撲半帶寬量級的中間溫區上則會呈現出普適的對溫度的指數依賴關係，不依賴於具體材料細節。這一普適標度律在自旋液體材料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，為理論解釋實驗搭建了唯象的橋梁。文章發表於Phys. Rev. Lett. 124, 186602 (2020)。該工作得到了科技部、基金委、中科院戰略性先導科技專項及青促會的支持。

[1] Yi-feng Yang*, Guang-Ming Zhang*, and Fu-Chun Zhang*, Phys. Rev. Lett. 124， 186602 (2020).https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.186602

圖1：理論預言的霍爾熱導率，呈現兩個實驗相關的溫區，D為半帶寬。

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。

編輯：fengyao

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