磁非线性霍尔效应

报告人

Prof. Xiaosong Wu (吴孝松)

Peking University

时间

2024年4月2日（星期二）下午4：00

地点

物质科学教研楼B902会议室

吴孝松，北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所教授。1998年本科毕业于南开大学，2003年在中国科学院物理研究所获博士学位，之后在美国路易斯安那州立大学和佐治亚理工大学进行博士后研究，2009年入职北京大学物理学院。2012年获基金委“优青”资助。长期从事低维电子体系在低温强磁场下的电输运和热电输运行为的实验研究，并探索对这些行为进行量子调控的手段。目前的研究主要关注拓扑材料、二维磁性材料，以及二维超导材料中的新奇量子输运性质。在Nature、Science、PRL、Nature Commun.、PNAS等杂志发表论文80余篇。

报告摘要

拓扑材料的发现让人们逐渐认识到材料的本征性质不仅仅由能带色散关系所决定，电子布洛赫波函数的量子几何性质，比如贝里曲率，也对物性产生重要影响。最近，与贝利曲率相对应的另一个量子几何性质：量子度规，也开始受到凝聚态物理学家的关注。一系列理论研究暗示非线性霍尔效应、平带超导、体光伏效应等诸多现象都和量子度规等量子几何性质有密切关系。特别的，理论预言磁非线性霍尔效应与量子度规以及克氏符号这两个量子几何量有关，但该效应一直没有被实验证实。报告首先介绍一种新型霍尔效应的发现——面内反常霍尔效应[1]。面内磁场的独特配置大大抑制了正常霍尔效应，从而为磁非线性霍尔效应的观测提供了契机。然后，报告介绍在拓扑半金属Fe₃Sn₂中观测到的面内霍尔效应，并综合实验证据指出这就是磁非线性霍尔效应，且完全来自于磁场作用在轨道自由度上的贡献。第一性原理计算进一步指出材料中外尔锥附近的量子几何性质大大加强了该非线性效应[2]。磁非线性霍尔效应让我们重新审视霍尔效应作为载流子浓度表征手段的准确性，也为研究量子几何性质提供了一种有效探测手段。

[1] J. D. Zhou, et al., Nature 609, 46(2022)

[2] L. Wang, et al., Phys. Rev. Lett. 132, 106601(2024)