Volgens de Wiedemann-Franz (WF) wet, de elektrische geleidbaarheid van een metaal is gekoppeld aan zijn thermische tegenhanger, op voorwaarde dat de door de fononen gedragen warmte verwaarloosbaar is en de elektronen niet onderhevig zijn aan inelastische verstrooiing. In een type II Weyl-halfmetaal ook bekend als een vierde fermion, de thermische afhankelijkheid van de verhouding tussen elektrische en thermische geleidbaarheid wijst op afwijkingen van de wet van Wiedemann-Franz. Natuurkundigen hebben de WF-wet in tal van vaste stoffen getest, maar zijn van plan de omvang van de relevantie ervan tijdens abnormaal transversaal transport te begrijpen en de topologische aard van de golffunctie te onderzoeken. In een nieuw rapport Liangcai Xu en een internationaal onderzoeksteam in de fysica van de gecondenseerde materie in China, Frankrijk, Israël en Duitsland, presenteerde een studie van de abnormale transversale respons in een niet-collineair antiferromagnetisch Weyl-halfmetaal, Mn ₃ Ge. Ze varieerden de experimentele omstandigheden van kamertemperatuur tot temperaturen onder Kelvin en observeerden schendingen van de WF-correlatie bij eindige temperaturen. Ze schreven de uitkomst toe aan een mismatch tussen de thermische en elektrische sommaties van de Berry-kromming (een geometrische fase verkregen in de loop van een cyclus) en niet aan inelastische verstrooiing. Het team ondersteunde hun interpretatie met theoretische berekeningen om een ​​concurrentie tussen de temperatuur en de krommingsverdeling van Berry te onthullen. Het werk is nu gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang .

De Berry-kromming van elektronen kan resulteren in het abnormale Hall-effect (AHE) als de vaste stof van de gastheer geen tijdomkeringssymmetrie heeft (behoud van entropie). Terwijl de thermo-elektrische en thermische tegenhangers van het afwijkende Hall-effect minder vaak worden onderzocht, ook zij komen voort uit dezelfde fictieve magnetische velden. Het moet nog worden bepaald hoe de grootten van dergelijke afwijkende off-diagonale coëfficiënten met elkaar correleren en of de vastgestelde correlaties tussen gewone transportcoëfficiënten blijven bestaan. Het is momenteel omslachtig om een ​​semi-klassieke formule te vormen van het afwijkende Hall-effect (AHE), waardoor elk intuïtief beeld van het produceren van een transversaal elektrisch veld nog uitdagender wordt. In dit werk, het onderzoeksteam presenteerde een studie van een magnetische vaste stof, gericht op de relatie tussen afwijkende elektrische en thermische Hall-geleidbaarheid. Xu et al. bepaalde de variabelen over een breed temperatuurbereik, om de afwijkende Lorenz-ratio op te nemen (L ^EEN _ij ) en de Sommerfeld-waarde (L ₀ ), die dicht bij elkaar bleven, er begon echter een afwijking boven 100 K. Het team beweerde dat de waarneming een tot nu toe niet-waargenomen mechanisme voor schending van de WF-wet bij eindige temperatuur inhield. Als resultaat, ze ondersteunden experimentele waarnemingen in het onderzoek met theoretische berekeningen om de Berry-kromming van de Weyl-halfmetaalfamilie (Mn ₃ Ge en Mn ₃ sn).

Op basis van theoretische stellingen, het team observeerde een groot abnormaal Hall-effect in Mn ₃ X (waar X gelijk was aan Sn en Ge) familie van niet-collineaire antiferromagneten onder een Néel-temperatuur, d.w.z. als gevolg van de niet-lineariteit van superparamagnetische materialen in lage velden. De resultaten leverden een duidelijk profiel op van de Hall-weerstand en een eenvoudige methode om de afwijkende geleidbaarheid bij de nieuwkomers te extraheren (Mn ₃ Ge en Mn ₃ Sn) in het opkomende gebied van antiferromagnetische spintronica. De wetenschappers volgden zelfs het lot van de signalen in Mn ₃ Ga in de studie naar temperaturen onder Kelvin om het fenomeen te begrijpen.

Ze maten de Hall-weerstand, Nernst-signaal (thermo-elektrisch of thermomagnetisch fenomeen waargenomen in een monster dat elektriciteit geleidt - onderhevig aan een magnetisch veld) en thermische Hall-weerstand om elektrische/thermo-elektrische en thermische Hall-geleidbaarheid te extraheren. Ze observeerden de basiseigenschappen van het systeem, inclusief de spintextuur, magnetisatie en de elektrische weerstand om weinig variatie met de temperatuur te vertonen. Xu et al. gedetailleerd de afwijkende transversale WF-wet als de belangrijkste bevinding van de studie. Bijvoorbeeld, onder 100 K, de afwijkende Lorenz-ratio was vlak met een magnitude die iets groter was dan de Sommerfeld-waarde. Boven 100K, de afwijkende Lorenz-verhouding in Mn ₃ Ge en Mn ₃ Sn gedroeg zich heel anders, maar hun soortelijke weerstand vertoonde slechts een kleine verandering met de temperatuur, in tegenstelling tot elementaire ferromagneten.

Aangezien verschillende eerdere stellingen over de schending van de WF-wet later werden weerlegd, de nieuwe gegevens moesten worden gevalideerd door onafhankelijke criteria. De wetenschappers ondersteunden de validiteit van hun werk door de Kelvin-relatie (voor normale transportcoëfficiënten) en de Bridgman-relatie (voor afwijkende transversale coëfficiënten) te verifiëren. Gebaseerd op de thermodynamica van onomkeerbare processen, de relaties moesten geldig blijven, ongeacht de microscopische details. Xu et al. daarom dezelfde gegevens (elektrisch veld en thermische gradiënt) opgenomen voor thermische en thermo-elektrische studies en de resulterende validiteit van Kelvin- en Bridgman-relaties in het werk garandeerde de geldigheid van de verzamelde thermische gegevens als verdere experimentele bevestiging.

De WF-wet kan ook ophouden geldig te zijn in de aanwezigheid van inelastische verstrooiing, omdat een inelastische botsing met een kleine hoek de impulsstroom kan doen afnemen. Toen het team de zaak van Mn . onderzocht ₃ X-metalen ten opzichte van de WF-wet concludeerden ze de dominante verstrooiingsmechanismen in zowel Mn ₃ Sn en Mn ₃ Ge moet gebaseerd zijn op verstrooiing van antisietdefecten (kristallografische defecten). Er was weinig ruimte voor inelastische verstrooiing in de studie, het benadrukken van de noodzaak van een alternatieve route naar de geconstateerde overtreding van de WF-wet. De resulterende theorie toonde kwalitatief het verschillende Berry-spectrum in Mn ₃ Sn en Mn ₃ jeetje, die leiden tot verschillende gedragingen bij eindige temperatuur voor de twee verbindingen; waardoor wordt voldaan aan de alternatieve route-eis en de uitkomst van het onderzoek verder wordt gevalideerd.

Op deze manier, Liangcai Xu en collega's maten tegenhangers van het abnormale Hall-effect geassocieerd met de stroom van entropie. Ze vonden dat de WF-wet die de thermische en elektrische Hall-effecten met elkaar verbindt, geldig is bij een temperatuur van nul, hoewel er een eindige afwijking boven 100 K optrad. Het dominante verstrooiingseffect in de studie was elastisch en ze stelden voor dat de afwijking het gevolg was van een mismatch in thermische en elektrische sommaties van de Berry-kromming naast theoretische berekeningen, die het werk extra ondersteunden.

© 2020 Wetenschap X Netwerk