Фононный эффект Холла в обычных полупроводниках бросает вызов устоявшимся взглядам на конденсированную материю

Отредактировано: Svitlana Velhush

В лабораториях по всему миру тепловой поток в кристаллах вдруг начал отклоняться под действием магнитного поля — и это произошло не в экзотических материалах, а в самых обычных полупроводниках и изоляторах, таких как кремний, германий и оксид магния.

Речь идёт о фононном тепловом эффекте Холла: квазичастицы, описывающие колебания атомной решётки, под влиянием магнитного поля создают поперечный тепловой ток. Ранее считалось, что такое поведение характерно лишь для материалов с магнитными или топологическими особенностями, где роль играют спины или особые возбуждения.

Новые измерения показали, что эффект проявляется универсально — в широком классе немагнитных кристаллов. При этом величина поперечной теплопроводности масштабируется с квадратом продольной, что указывает на прямое взаимодействие колебаний атомов с магнитным полем, без посредничества других квазичастиц.

Это открытие заставляет пересмотреть базовые представления о том, как фононы ведут себя в магнитном поле. Если раньше тепловой транспорт считался в основном скалярным и нечувствительным к магнитным воздействиям в обычных материалах, то теперь приходится учитывать новую степень свободы — эллиптическую поляризацию фононов и их взаимодействие с внешним полем.

Для практических приложений это означает, что в будущих термоэлектрических устройствах и системах охлаждения можно будет управлять тепловым потоком не только градиентом температуры, но и слабым магнитным полем. Такие материалы уже используются в электронике, и эффект может повлиять на расчёт тепловых режимов чипов.

Эксперименты проводились на высококачественных образцах, где вклад носителей заряда был минимален, что позволило выделить чисто фононный механизм. Результаты согласуются с теоретическими моделями, предсказывающими универсальность явления для кристаллов с дискретной симметрией.

Таким образом, привычная картина конденсированной материи, где фононы считались «простыми» переносчиками тепла, усложняется — и открывает путь к новым способам контроля тепловых потоков на микроскопическом уровне.

7 Просмотров

Источники

  • Physics Magazine on phonon thermal Hall effect

Комментарии

Читайте больше статей по этой теме:

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
Вы нашли ошибку или неточность?Мы учтем ваши комментарии как можно скорее.