У лабораторіях по всьому світу тепловий потік у кристалах раптом почав відхилятися під дією магнітного поля — і це сталося не в екзотичних матеріалах, а в найзвичайніших напівпровідниках та ізоляторах, таких як кремній, германій і оксид магнію.
Йдеться про фононний тепловий ефект Холла: квазічастинки, що описують коливання атомної ґратки, під впливом магнітного поля створюють поперечний тепловий струм. Раніше вважалося, що така поведінка характерна лише для матеріалів з магнітними або топологічними особливостями, де роль відіграють спини чи особливі збудження.
Нові вимірювання показали, що ефект проявляється універсально — у широкому класі немагнітних кристалів. При цьому величина поперечної теплопровідності масштабується з квадратом поздовжньої, що вказує на пряму взаємодію коливань атомів з магнітним полем, без посередництва інших квазічастинок.
Це відкриття змушує переглянути базові уявлення про те, як фонони поводяться в магнітному полі. Якщо раніше тепловий транспорт вважався переважно скалярним і нечутливим до магнітних впливів у звичайних матеріалах, то тепер доводиться враховувати новий ступінь свободи — еліптичну поляризацію фононів та їхню взаємодію із зовнішнім полем.
Для практичних застосувань це означає, що в майбутніх термоелектричних пристроях і системах охолодження можна буде керувати тепловим потоком не лише градієнтом температури, а й слабким магнітним полем. Такі матеріали вже використовуються в електроніці, і ефект може вплинути на розрахунок теплових режимів чипів.
Експерименти проводилися на високоякісних зразках, де внесок носіїв заряду був мінімальним, що дозволило виділити суто фононний механізм. Результати узгоджуються з теоретичними моделями, які передбачають універсальність явища для кристалів з дискретною симетрією.
Таким чином, звична картина конденсованої матерії, де фонони вважалися «простими» переносниками тепла, ускладнюється — і відкриває шлях до нових способів контролю теплових потоків на мікроскопічному рівні.
