3月24日，《自然·通讯》在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队题为《笼目反铁磁体Mn3Sn中自旋手性引起的磁场线性反常霍尔效应和贝瑞曲率》的研究论文。我校为本论文第一单位，中心李小康副研究员为论文第一作者兼共同通讯作者，以色列魏茨曼研究所Jahyun Koo博士后为论文第二作者，中心朱增伟教授、以色列魏茨曼研究所颜丙海教授为论文共同通讯作者，法国巴黎高等物理化工学院Kamran Behnia教授参与相关工作。
图1 Mn3Sn中的磁场诱导线性反常霍尔效应
霍尔效应是指纵向电流在垂直磁场作用下产生横向电压积累的一种现象。普通导体中霍尔效应的机理是我们所熟知的洛伦兹力，其随磁场通常呈现为线性。但在铁磁体中，霍尔效应通常呈现为非线性，这种非线性的霍尔响应被定义为反常霍尔效应。在过去二十年里，反常霍尔效应的内禀机理被确定为电子波函数的非平庸拓扑结构，即贝瑞曲率。一般而言，反常霍尔效应在磁场下呈现为非线性，线性响应是分离霍尔效应反常项与正常项的凭据，那么随磁场呈现为线性的霍尔响应就是否一定不是反常霍尔效应？针对这一问题，该团队对一种笼目反铁磁体Mn3Sn展开了横向电和热电输运探索研究。他们利用脉冲强磁场设施的14T强磁场条件，测量了Mn3Sn的霍尔效应和能斯特效应，发现其面内霍尔信号ρxy虽然随磁场呈现为完美线性，但是其值却比基于载流子浓度的计算值大了五倍（见图1），其面内能斯特信号Sxy也比基于迁移率和费米能的计算值大了两个数量级，这意味着其中隐藏着除普通载流子的额外贡献。结合理论计算表明，这是由于沿着样品z方向的磁场将诱导自旋朝面外倾斜并产生随磁场呈线性的自旋手性（spin chirality），这种自旋手性诱导了外尔节点线的能隙打开（见图2），同时将贝瑞曲率推至费米面附近并产生随磁场呈线性增长的净积累，从而形成了一种随磁场呈现为线性的新型反常霍尔和能斯特效应。
图2 自旋倾斜（或自旋手性）诱导外尔节点线能隙打开，并将贝瑞曲率推至费米面
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、博新计划和博士后科学基金等资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37076-w
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