华中科技大学科研团队破解声子热霍尔效应20年悬案

华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心李亮、朱增伟教授、李小康副研究员团队联合法国巴黎高等物理化工学院卡姆兰·贝尼亚教授，在蜂窝反铁磁绝缘体NiPS中首次从热力学角度确认声子热霍尔效应源于材料内禀机制，而非杂质或缺陷导致的外在散射。10月23日，相关成果在线发表于《科学》。

图为李亮教授、朱增伟教授、李小康副研究员正在调试热霍尔实验信号。受访单位供图

据了解，通常所说的霍尔效应是指电流在磁场中发生偏转，从而产生横向电压，这一现象只发生在带电粒子身上。而“声子热霍尔效应”则是指：在绝缘体中，热量通过“声子”传递，当施加磁场时，热流也会发生横向偏转，产生温差。

由于声子不带电，按常理不应受磁场影响，因此这一现象自2005年被首次观测到以来，究竟是材料本身的固有属性，还是杂质缺陷造成的“假象”，一直争论不休。

该团队依托国家脉冲强磁场科学中心，在最高55特斯拉的脉冲强磁场下对多块单晶样品开展精密测量。实验发现，五块“路况”基本一致的样品中，热流偏转程度最大相差近十倍，且偏转大小与声子平均自由程无关，却与材料的磁各向异性紧密关联——这说明偏转并非杂质“碰巧”导致，而是材料本身的内禀属性。

进一步分析揭示，材料中的磁振子与声子能带存在多处交叉，两者耦合后形成新的杂化模式，使原本电中性的声子获得了对磁场的“感知能力”，从而发生偏转。

这项成果拓展了霍尔效应家族的认知边界，促使物理学界重新审视声子与磁场相互作用的理论框架。国家脉冲强磁场科学中心主任李亮表示，量子霍尔效应让人们发现了电子的拓扑量子态，而声子霍尔效应表明声子这类中性粒子同样拥有精彩的量子世界。

（文章来源：科技日报）