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华中科技大学强磁场中心在非磁材料黑磷中观测到平面热霍尔效应
2025/6/30 9:44:11     

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【产通社,6月30日讯】华中科技大学(Huazhong University of Science & Technology, HUST)官网消息,国内顶级期刊《科学通报》(Science Bulletin)刊发了国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队题为《黑磷中准弹道声子引起的角度依赖平面热霍尔效应》(Angle-dependent planar thermal Hall effect by quasi-ballistic phonons in black phosphorus)的研究论文。我校为论文第一完成单位,中心副研究员李小康为论文第一作者,博士生郭晓东为论文共同第二作者,李小康、朱增伟教授和巴黎高等物理化工学院Kamran Behnia教授为论文共同通讯作者。

热导率作为描述热输运性质的关键物理量,是一个连接热流密度与温度梯度的二阶张量,其中热霍尔效应对应该张量的非对角分量。传统热霍尔效应的产生需要磁场方向垂直于由热流和温度梯度所定义的平面,而平面热霍尔效应(PTHE)则展现出独特的几何特征——热流矢量、横向温度梯度矢量以及磁场矢量三者共面(如图中左侧所示)。值得注意的是,该效应由于对称性限制,通常被理论所禁止,但最近却在几种绝缘材料(均为磁性材料,如量子自旋液体候选材料α-RuCl3)中被观测到,其产生机制被解释为磁性有序或结构缺陷导致的对称性破缺所致。

此次研究中,团队在前期工作基础上基于自主搭建的高灵敏度转角热输运测量系统,对非磁材料单质黑磷开展了平面热霍尔效应及其转角特性的研究。取得的主要研究发现包括:一是在磁场平行于热流、横向温度梯度两种不同平面热霍尔构型下,均观测到显著的平面热霍尔信号,且平面霍尔热导率遵循昂萨格对易关系。二是在平角热霍尔效应的转角测量中,信号在平面内的两条对角轴上分别被增强和湮灭,这表明PTHE信号由两个沿高对称轴贡献的正弦分量组成(如图中右侧所示)。三是指出非谐性(anharmonicity)以及磁场对伴随声子传播的电偶极波所产生的力矩作用,可能是导致PTHE信号产生的潜在关键因素。

该研究得到了国家重点研究发展计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、湖北省自然科学基金等项目资助。查询进一步信息,请访问官方网站http://news.hust.edu.cn/info/1003/55673.htm,以及https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325003202。(Robin Zhang,产通数造)    (完)
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