【產(chǎn)通社，2月13日訊】華中科技大學(xué)（Huazhong University of Science & Technology, HUST）官網(wǎng)消息，《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）在線(xiàn)發(fā)表了國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心極端量子輸運(yùn)團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，論文題為“半金屬石墨中由雙極聲子曳引主導(dǎo)的霍爾熱導(dǎo)率”（Thermal Hall Conductivity of Semimetallic Graphite Dominated by Ambipolar Phonon Drag）。

熱霍爾效應(yīng)是指在垂直磁場(chǎng)作用下，沿溫度梯度方向流動(dòng)的熱流會(huì)產(chǎn)生橫向熱輸運(yùn)的現(xiàn)象，其橫向熱導(dǎo)率記為κxy。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，除電子外，聲子、磁振子等電中性準(zhǔn)粒子也可產(chǎn)生顯著熱霍爾信號(hào)，使其成為探索材料中新奇物態(tài)和能量輸運(yùn)機(jī)制的重要實(shí)驗(yàn)手段。石墨作為一種典型半金屬，具有濃度相等、遷移率極高的電子和空穴，且晶格熱導(dǎo)率極為突出，是研究電子-聲子相互作用的理想體系。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并搭建了高精度多通道輸運(yùn)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)高定向熱解石墨（HOPG）開(kāi)展了系統(tǒng)的電、熱及熱電聯(lián)合測(cè)量。通過(guò)對(duì)稱(chēng)布置的多組熱電偶，實(shí)現(xiàn)了橫向溫差的同步采集與交叉驗(yàn)證，顯著提升了信號(hào)的可信度與準(zhǔn)確度。本研究首次在石墨中觀測(cè)到顯著的熱霍爾效應(yīng)，并取得以下重要發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)測(cè)得的霍爾熱導(dǎo)率在28K時(shí)高達(dá)818.9mW/Km，遠(yuǎn)超基于電霍爾數(shù)據(jù)和魏德曼-弗蘭茲定律估算的純電子貢獻(xiàn)，相應(yīng)霍爾洛倫茲數(shù)達(dá)67L0，創(chuàng)下金屬體系最高紀(jì)錄。

此外，κxy在約100K處發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)，且其溫度依賴(lài)行為與縱向熱導(dǎo)率κxx明顯不同，表明該效應(yīng)并非來(lái)源于單純的聲子或電子輸運(yùn)。通過(guò)綜合分析熱電與熱輸運(yùn)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)提出該異常增強(qiáng)的熱霍爾效應(yīng)來(lái)源于“雙極性聲子曳引”機(jī)制：在溫度梯度與磁場(chǎng)的共同作用下，橫向電荷流（由能斯特電導(dǎo)αxy描述）與聲子發(fā)生強(qiáng)動(dòng)量交換，從而拖曳聲子產(chǎn)生巨大的橫向熱流。該效應(yīng)的符號(hào)取決于與聲子相互作用占主導(dǎo)的載流子類(lèi)型，低溫下由電子主導(dǎo)，高溫下轉(zhuǎn)為空穴主導(dǎo)，這一轉(zhuǎn)變成功解釋了κxy隨溫度反轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并與塞貝克系數(shù)的測(cè)量結(jié)果一致。

該工作表明，在同時(shí)具備高遷移率雙極性載流子與高導(dǎo)熱聲子的材料中，電子-空穴-聲子之間的流體動(dòng)力學(xué)相互作用可導(dǎo)致超越經(jīng)典理論預(yù)期的宏觀熱輸運(yùn)行為，為理解復(fù)雜體系中的熱霍爾效應(yīng)提供了新的物理視角與機(jī)制模型。

該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金及湖北省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。查詢(xún)進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://news.hust.edu.cn，以及https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/v7z6-bztz。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）