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我校青年教师王聪在《国家科学评论》发表学术研究论文
2022-03-11 供稿单位:数理学院 阅读次数:12

在学校大力加强数理学科建设背景下,数理学院高度重视开展国内外交流与合作,取得了可喜成绩。近日,我校数理学院青年教师王聪与南洋理工大学、新加坡科技设计大学合作,在《国家科学评论》发表题为“Room temperature third-order nonlinear Hall effect in Weyl semimetal TaIrTe4” (National Science Review, 2022, DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwac020)的研究论文,报道在II型外尔半金属TaIrTe4中观察到显著的室温三阶非线性霍尔效应,为其在新型量子材料中应用提供了可能。

霍尔效应一直是凝聚态物理研究的一个重点方向。迄今为止,已有三次诺贝尔物理学奖与霍尔效应有关,即1985年量子霍尔效应,1998年分数量子霍尔效应,2010年石墨烯中半整数量子霍尔效应。通常霍尔效应是线性的,需要破坏时间反演对称性。近些年的研究表明,在非磁系统中存在不需要磁场的二阶霍尔效应,而当线性和二阶霍尔效应被系统对称性抑制时,寻找二阶以上更高阶非线性霍尔效应成为科学家们的关注热点。2021年,在MoTe2和WTe2材料中发现低温下(<100K)三阶非线性霍尔效应,但低温限制了潜在应用。因此,能否在室温下观测三阶非线性霍尔效应,成为目前一个亟待解决的关键问题。

王聪与南洋理工大学高炜博教授、新加坡科技设计大学杨声远教授课题组合作,在II型外尔半金属TaIrTe4中观察到显著的室温三阶非线性霍尔效应,该效应能在室温条件下稳定存在至少三个月。本论文还对TaIrTe4中三阶非线性霍尔效应能在室温存在的物理机制进行了探讨。与MoTe2中三阶非线性效应对比显示,TaIrTe4中贝利联络极化率(Berry connection polarization)的贡献比重更大。贝利联络极化率贡献的三阶非线性电导要比另外一种非本征的德鲁德(Drude)散射所贡献的三阶非线性电导随温度衰减得慢很多。这可能是在TaIrTe4观察到室温三阶非线性霍尔效应的原因。这一发现不仅证明室温非线性霍尔效应的可能性,而且加深了关于贝利联络极化率对三阶霍尔效应影响的理解。这一工作首次发现室温三阶非线性霍尔效应,将进一步推动外尔半金属中三阶非线性霍尔效应可能的室温应用。

II型外尔半金属TaIrTe4中观测到的室温三阶非线性霍尔效应

北京化工大学数理学院青年教师王聪是本文的第一作者,南洋理工大学高炜博教授和新加坡科技设计大学杨声远教授为共同通讯作者。北京化工大学为第一完成单位,本研究工作得到中央高校基本科研业务费资助。王聪是我校数理学院2021年引进的“青年后备人才”,主要从事低维量子材料物性调控及光电功能器件组装等方向开展基础和应用基础研究,先后以第一作者或共同通讯作者在《Nano Today》《ACS Applied Nano Materials》《Nanotechnology》《Frontiers of Physics》等期刊发表数篇学术论文(Frontiers of Physics, 2021, 16, (3), 1-20;Nanotechnology, 2021, 33, (8), 085705;ACS Applied Nano Materials, 2022, 5, (2), 1767-1774; Tungsten,2022,DOI: https://doi.org/10.1007/s42864-021-00132-3; Frontiers of Physics, 2022, 17, (2), 1-14; Nano Today, 2022, 42, 101372)。


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