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低功耗量子材料研究团队与合作者发现 磁性拓扑材料中电荷与熵的拓扑关联

2022/03/15 浏览次数:1287

(作者:许锡童)

近日,中科院合肥研究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、许锡童博士与国内外研究团队合作,发现了陈数笼目磁体中电荷与熵的拓扑关联,为未来磁性拓扑材料物性的研究提供了新思路。相关研究工作3月7日以“Topological charge-entropy scaling in kagome Chern magnet TbMn6Sn6”为题在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications)上。

磁性拓扑材料有望实现包括高温本征量子反常霍尔效应在内的多种新奇拓扑物态,在低功耗量子自旋器件中具有重要的应用前景。理解磁性拓扑材料中电子导电和导热之间的关系,即电荷与熵之间的关联,是一个基础性的科学问题。然而由于拓扑准粒子所带来的量子场对电子运动的强烈影响,人们对磁性拓扑材料反常输运中电荷与熵的关联一直缺乏清晰的认识。

RMn6Sn6(R为稀土元素)是一种新型磁性拓扑材料,其中模型化的纯净Mn笼目晶格为研究拓扑准粒子对量子输运的影响提供了难得机会。中科院合肥研究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、许锡童博士与北京大学物理学院量子材料中心贾爽副教授、台湾成功大学张泰榕教授、南方科技大学卢海舟教授、普林斯顿大学殷嘉鑫博士等合作,在前期稀土元素调控RMn6Sn6中陈数能隙的研究基础上[Phys. Rev. Lett. 126, 246602 (2021)],进一步综合利用电学、热电、热学测量探索该族材料中TbMn6Sn6的拓扑输运物性。研究人员发现其中所有的输运现象,包括角度依赖的量子振荡、反常霍尔、反常能斯特、反常热霍尔效应,均指向了Mn笼目层所承载的具有陈数能隙的二维狄拉克费米子。尤为值得注意的是,反常霍尔、能斯特、热霍尔这三种效应之间的比例关系超越了经典Mott公式和Wiedemann-Franz定律的预期,并可由基本的陈数能隙狄拉克模型所描述。这一研究首次从输运角度给出了拓扑准粒子所导致的电荷与熵的拓扑关联,并为未来磁性拓扑材料物性的研究提供了新思路。

强磁场中心许锡童博士为本论文的第一作者,强磁场中心屈哲研究员、北京大学贾爽副教授是共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院及安徽省等的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-28796-6.


笼目磁体TbMn6Sn6反常电荷-熵输运现象中的拓扑关联


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