Nature Communications：华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心团队在单质黑磷中发现声子热霍尔效应

近日，《自然·通讯》在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队题为《黑磷中的声子热霍尔角》的研究论文。华中科技大学为论文第一单位，中心李小康副研究员为论文第一作者兼共同通讯作者，中心朱增伟教授、法国巴黎高等物理化工学院Kamran Behnia教授为论文共同通讯作者。中心李亮教授、法国巴黎综合理工学院Alaska Subedi研究员及日本学习院大学Yo Machida教授参与相关工作。

热霍尔效应（指x方向热流在z方向磁场作用下产生y方向温差的现象）由于具有可对电中性准粒子进行探测的显著优势，目前已发展成为探测量子绝缘材料新奇物态的一种重要手段。最近，由声子贡献的热霍尔效应迅速在量子顺电体SrTiO3、铜基高温超导母体及量子自旋液体α-RuCl3等近十种量子绝缘材料中被陆续发现，在国际上吸引了广泛关注。但关于声子热霍尔效应的起源，即声子这种同时缺乏电荷和自旋属性的准粒子是如何在磁场作用下发生横向偏转的，仍尚不明确并争议不断。

图1 黑磷中的声子热霍尔电导

为了揭开声子热霍尔效应的神秘面纱，该团队对声子热霍尔效应的极简材料展开深入探索，最终成功在黑磷这种属性简单（无磁、无离子键、电荷载流子低温段可忽略不计）的单质材料中观测到了显著的热霍尔效应。其主要发现包括：

（1）在黑磷中观测到了迄今为止最为显著的声子热霍尔效应，热霍尔电导值кxy比铜基母体和SrTiO3中的结果大近两个数量级（图1a和d）；

（2）通过对黑磷不同构型的热霍尔效应进行测量，验证了固体中热输运的昂萨格倒易关系（Onsager reciprocity relation）（图1a）；

（3）总结了声子热霍尔效应的两个普适实验特征，其一是纵向和横向热导总是在相同温度处达到峰值（图1b和c），其二是声子热霍尔角总是处于10-3-10-4T-1这一狭窄范围（图1d）；

（4）提出了黑磷中声子热霍尔效应的内禀解释机制，即声子能带分支间扩散-声子在纵声学支和横声学支简并处发生动量横向转移（图2a和b），同时高度空间极化分布的局域电荷与磁场发生耦合，并将耦合信息传递给晶格后破缺上述动量转移的对称性（图2c），最后产生手性的横向声子流并贡献热霍尔效应。

图2 黑磷中的声子色散关系及电荷空间分布

国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队主要开展强磁场、极低温以及高压等极端条件下量子材料的电输运和热输运测量研究，团队负责人朱增伟教授自2014年回国以来，一直积极推动国际学术交流与合作，并注重对研究生的国际化培养。李小康副研究员为该团队培养出的第一名博士研究生，于2016年至2020年在中心直博攻读，导师为朱增伟教授和Kamran Behnia教授；2020年至2022年在中心开展博士后研究，期间获博新计划资助，导师为朱增伟教授和李亮教授；2022年7月留校任职副研究员，截止目前以唯一第一作者发表高水平论文7篇，其中包括Physical Review Letters两篇、Nature Communications两篇以及Advanced Materials一篇。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、博新计划和博士后科学基金等资助。

本文作者

李小康，武汉大学经济学学士、工商管理硕士，华中科技大学管理学博士。

长期从事产业经济、人力资源管理及创业创新发展相关管理实践及研究工作。在《科研管理》、《中国科技论坛》、《图书情报工作》等CSSCI权威、核心期刊发表论文多篇；主持、参与多项国家级及省部级课题研究；地产、金融、零售、管理咨询及制造业相关从业背景，曾在大型金融、地产民营企业集团、世界500强企业任职，具有10年管理实践经验；其中3年大型民营多元化企业集团高级管理经验；具有管理领域深厚理论和实践经验;拥有全国证券从业资格证书、全国保险经纪人资格证书及ISO内审员证书；强于宏观管理分析、集团管控模式优化、绩效考核管理及制度建设等。担任管理学相关课程教学及科研工作。

转自：“易美云学术”微信公众号

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