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朱增伟教授团队在反铁磁材料的电磁输运行为上获重要进展

发布日期:2017-08-03    作者:     来源:     点击:

(通讯员 李小康 韩小涛)81日,《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心青年千人朱增伟教授题为“Mn3Sn中的反常能斯特效应和里吉-勒杜克效应:贝里曲率和热熵流”(Anomalous Nernst and Righi-Leduc effects in Mn3Sn: Berry curvature and entropy flow)的论文。这是脉冲强磁场装置电输运实验平台的最新研究进展。

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以往的研究认为,反常霍尔效应(Anomalous Hall effect)一般多出现在铁磁材料中,很少在反铁磁材料出现。而根据贝里曲率(Berry Curvature)理论预测,反常霍尔效应可以在一些特殊的反铁磁材料中被观察到,近来的实验研究也表明,非共线反铁磁材料Mn3SnMn3Ge中确实有巨大的反常霍尔效应产生。为此,朱增伟教授团队以反铁磁材料Mn3Sn为突破口,对其反常霍尔效应及反常能斯特效应(Anomalous Nernst effect)、反常里吉-勒杜克效应(Anomalous Righi-Leduc effect)进行了系统研究。研究发现,Mn3Sn在三角磁结构温区(200K-400K)的横向热导和电导均满足魏德曼弗兰兹定律(W-F Law),从而证实了Mn3Sn中的反常霍尔效应是一种费米面(Fermi surface)的性质,并验证了诺贝尔奖获得者Haldane2004年提出的反常霍尔效应是由费米面准粒子影响的观点(F.D.M.HaldanePRL2004)。研究还发现,与传统铁磁性材料镍(Ni)和铁(Fe)只在低温下符合魏德曼弗兰兹定律不同,反铁磁材料Mn3Sn在整个温区都符合魏德曼弗兰兹定律,并通过排除磁子(magnon)、声子(phonon)在Mn3Sn中对横向输运的非弹性散射影响,证实了贝里曲率是Mn3Sn中横向输运的唯一来源。同时,该团队通过对反常霍尔效应和反常能斯特效应作深入研究,发现非对角热电系数与霍尔电导比值有明显的温度依赖关系,当由400K15uV/K增加到200K50uV/K时,其比值接近量子化数值KB/e(86uV/K),由此再次证明了反常霍尔效应具有拓扑的性质,而这种温度依赖关系则说明外尔节点(Weyl nodes)会随温度变化发生移动。

据了解,朱增伟教授于2014年回国来我校任教,目前为国家脉冲强磁场科学中心电输运实验站负责人。依托强磁场实验平台,朱增伟教授带领团队主要开展0.4-400 K温度范围与65 T磁场范围内半金属、超导相关材料的霍尔系数、载流子浓度、迁移率、量子霍尔效应、电输运行为等方面的测量与研究,持续产出一批高水平成果。三年来,朱增伟团队以我校为第一单位在国际权威期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)、《自然·通讯》(Nature Communications)上发表学术论文3篇,其中20155月发表在《物理评论快报》的《半金属WTe2的量子振荡、热电系数和费米面》(Quantum oscillations, Thermoelectric Coefficients and the Fermi Surface of Semi-metallic WTe2)为ESI高被引论文。上述工作也进一步体现了脉冲强磁场装置电输运实验平台的作用,丰富了国家脉冲强磁场科学中心的科研成果。

该研究工作得到了国家青年千人计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划、“111”引智计划及我校高端外专项目的支持。朱增伟教授为论文通讯作者,博士生李小康为第一作者,国家脉冲强磁场科学中心高端外国专家Kamran Behnia教授为共同通讯作者,研究生许良才、丁林超、王金华、申明松等参与了论文相关工作,卢秀芳工程师到对该研究的样品生长提供了支持。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.056601