世界中の実験室で、結晶内の熱流が磁場の作用下で突然偏向し始めた——そしてそれはエキゾチックな材料ではなく、シリコン、ゲルマニウム、酸化マグネシウムといったごく普通の半導体や絶縁体で起こった。
問題となっているのはフォノン熱ホール効果である。原子格子の振動を記述する準粒子が、磁場の影響下で横方向の熱流を生み出す。これまでは、そのような挙動はスピンや特殊な励起が役割を果たす磁気的またはトポロジー的な特徴を持つ材料にのみ特有であると考えられていた。
新たな測定により、この効果は広範なクラスの非磁性結晶において普遍的に現れることが示された。しかも、横方向の熱伝導率の大きさは縦方向の二乗に比例しており、これは原子の振動が他の準粒子の媒介なしに磁場と直接相互作用していることを示している。
この発見は、フォノンが磁場中でどのように振る舞うかについての基本的な理解を再検討させる。以前は、通常の材料における熱輸送は主にスカラー的であり磁気的作用に鈍感であると考えられていたが、今や新たな自由度——フォノンの楕円偏光と外部磁場との相互作用——を考慮しなければならない。
実用的な応用にとって、これは将来の熱電デバイスや冷却システムにおいて、温度勾配だけでなく弱い磁場によっても熱流を制御できるようになることを意味する。そのような材料はすでにエレクトロニクスで使用されており、この効果はチップの熱的状態の計算に影響を与える可能性がある。
実験は電荷担体の寄与が最小限である高品質の試料で行われ、それにより純粋にフォノン的な機構を分離することができた。結果は、離散対称性を持つ結晶に対するこの現象の普遍性を予測する理論モデルと一致している。
こうして、フォノンが「単純な」熱の運び手と考えられていた凝縮系物質の慣れ親しんだ描像はより複雑になり、微視的レベルで熱流を制御する新たな方法への道を開くのである。
