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.
