物理学家揭示平面交变磁体中量子几何引起的非线性传输

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近年来，许多物理学家和材料科学家一直在研究一种新发现的磁性材料，即交替磁体。这些材料表现出一种独特的磁性，不同于传统的铁磁性和反铁磁性，其特点是电子的自旋随其动量而变化。
这种独特的磁性使得交流磁体在开发新型自旋电子和电子设备方面具有极高的前景。它还为拓扑材料（即具有源自电子结构拓扑的独特电子特性的系统）的研究开辟了新的可能性。
纽约州立大学石溪分校的研究人员开展了一项研究，旨在更好地理解平面交变磁体的非线性响应。他们的论文发表在《物理评论快报》上，报告了从量子几何学中观察到的这些材料的非线性响应。
论文共同作者赛义德·阿里·阿克巴尔·戈拉希 (Sayed Ali Akbar Ghorashi) 告诉 Phys.org： “最近，两项 实验证实了量子几何在传统 PT 对称反铁磁体的二阶响应中预测的作用。”
“在这些材料中，由于宇称（P）和时间反转（T）对称性的结合，贝里曲率（量子几何张量的虚部）消失，并且表明二阶响应由量子度量（量子几何张量的实部）控制。”
交替磁体缺乏组合 PT 对称性。因此，量子几何对这些材料中报道的非线性响应的影响仍然难以捉摸。
“我们研究的目标是推导出交变磁体的非线性响应，并区分贝里曲率和量子度规的贡献，”戈拉希说。“我们的发现比预期的更加引人注目。”
最初，Ghorashi 和他的同事着手研究交流磁体的非线性响应以及驱动这种响应的因素。为此，他们首先使用半经典玻尔兹曼理论计算了电场中交流磁体非线性响应的所有贡献，最高可达三阶。
“我们在散射时间中逐级揭示了每个项的量子几何起源，”Ghorashi 说道。“接下来，对于每个平面交变磁体，我们使用对称性来确定哪些贡献在三阶电导率的纵向和霍尔分量中得以保留。”
研究人员进行的计算和分析得出了令人惊讶且富有洞察力的结果。具体来说，他们发现了平面交变磁体中由材料量子几何引起的非线性响应。
“值得注意的是，由于反演对称性，交变磁体的二阶响应消失，”Ghorashi 解释道。
“因此，据我们所知，它们是第一类以三阶响应为主要非线性响应的材料。此外，我们表明，由于这些材料中的自旋分裂较大，这种响应非常大。此外，交替磁体的弱自旋轨道耦合（与磁交换项相比）也出现在其非线性响应中，为这类新材料提供了一种新颖的传输特性，而此前仅限于寻找线性异常霍尔电导率。”
这项最新研究的结果为研究交流磁体及其独特性质开辟了新的可能性。最值得注意的是，它揭示了这种新发现的材料中非线性传输的独特特征，这可以指导未来进一步研究它们并描述其量子几何各个方面的实验。
Ghorashi 补充道：“我们未来的一个研究方向将是超越弛豫时间近似，研究无序效应，这已被证明可以丰富 PT 对称反铁磁体的物理学。”