Fononowy efekt Halla w zwykłych półprzewodnikach podważa utrwalone poglądy na materię skondensowaną

Edytowane przez: Svitlana Velhush

W laboratoriach na całym świecie strumień ciepła w kryształach nagle zaczął odchylać się pod wpływem pola magnetycznego — i stało się to nie w egzotycznych materiałach, lecz w najzwyklejszych półprzewodnikach i izolatorach, takich jak krzem, german i tlenek magnezu.

Mowa tu o fononowym cieplnym efekcie Halla: kwazicząstki opisujące drgania sieci atomowej pod wpływem pola magnetycznego wytwarzają poprzeczny prąd cieplny. Wcześniej sądzono, że takie zachowanie jest charakterystyczne jedynie dla materiałów o właściwościach magnetycznych lub topologicznych, w których rolę odgrywają spiny lub szczególne wzbudzenia.

Nowe pomiary pokazały, że efekt ujawnia się uniwersalnie — w szerokiej klasie niemagnetycznych kryształów. Przy tym wielkość poprzecznego przewodnictwa cieplnego skaluje się z kwadratem przewodnictwa podłużnego, co wskazuje na bezpośrednie oddziaływanie drgań atomów z polem magnetycznym, bez pośrednictwa innych kwazicząstek.

To odkrycie zmusza do rewizji podstawowych wyobrażeń o tym, jak fonony zachowują się w polu magnetycznym. Jeśli wcześniej transport cieplny uważano w zwykłych materiałach za zasadniczo skalarny i niewrażliwy na oddziaływania magnetyczne, to teraz trzeba uwzględnić nowy stopień swobody — eliptyczną polaryzację fononów i ich oddziaływanie z polem zewnętrznym.

Dla zastosowań praktycznych oznacza to, że w przyszłych urządzeniach termoelektrycznych i systemach chłodzenia będzie można sterować strumieniem ciepła nie tylko gradientem temperatury, lecz także słabym polem magnetycznym. Takie materiały są już wykorzystywane w elektronice, a efekt może wpłynąć na obliczanie warunków cieplnych chipów.

Eksperymenty prowadzono na wysokiej jakości próbkach, w których wkład nośników ładunku był minimalny, co pozwoliło wyodrębnić czysto fononowy mechanizm. Wyniki są zgodne z modelami teoretycznymi przewidującymi uniwersalność zjawiska dla kryształów o symetrii dyskretnej.

Tak więc utrwalony obraz materii skondensowanej, w którym fonony uważano za „proste” nośniki ciepła, komplikuje się — i otwiera drogę do nowych sposobów kontrolowania strumieni cieplnych na poziomie mikroskopowym.

7 Wyświetlenia

Źródła

  • Physics Magazine on phonon thermal Hall effect

Komentarze

Czytaj więcej artykułów na ten temat:

Czy materia istnieje?-2

Czy materia istnieje?

HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

Image
Reply
Czy znalazłeś błąd lub niedokładność?Rozważymy Twoje uwagi tak szybko, jak to możliwe.