Fizycy kwestionują przyczyny występowania efektu Halla w płaskiej konfiguracji gradientu temperatury i pola magnetycznego. Wcześniej uważano, że zjawisko to jest spowodowane chiralnymi magnonami lub fermionami Majorany, jednak grupa naukowców potwierdziła eksperymentalnie, że przyczyną jest rozpraszanie fononów termicznych na lokalnych złamaniach symetrii w monokryształach. Artykuł opublikowano w czasopiśmie Physical Review X.
Gdy fizycy umieszczą przewodnik w poprzecznym polu magnetycznym i przepuszczą przez niego prąd prostopadle do pola, na krawędziach próbki powstaje różnica potencjałów i uzyskuje się klasyczny efekt Halla. Jeżeli w próbce wytworzy się gradient termiczny skierowany prostopadle do strumienia magnetycznego, można zarejestrować występowanie prądu elektrycznego w materiale – jest to tzw. efekt Halla termicznego. Wydawałoby się, że prostopadłość płaszczyzny, w której rozchodzi się strumień ciepła, do pola magnetycznego jest warunkiem koniecznym, ale nie tak dawno temu naukowcy odkryli efekt Halla w konfiguracji płaskiej, co oznacza, że zarówno ciepło, jak i strumień magnetyczny są skierowane w tej samej płaszczyźnie.
Można by przypuszczać, że przyczyną takiego zachowania próbek powinny być wzbudzenia termiczne sieci krystalicznej - fonony, jednak fizycy najczęściej nazywają winowajców takiej anomalii magnonami chiralnymi lub fermionami Majorany. Dzieje się tak, ponieważ w badanych układach występowanie fononów termicznych nie jest dopuszczalne ze względu na wysoką symetrię struktury krystalicznej.
Lu Chen z Uniwersytetu w Sherbrooke wraz z kolegami z Niemiec, Kanady, Francji, USA i Japonii zmierzył termiczny efekt Halla w trzech płaskich próbkach i stwierdził zauważalny udział fononów termicznych w wynikach, przy całkowitym braku udziału magnonów.
Jako próbki eksperymentalne fizycy wykorzystali bardzo cienkie (o grubości od 37 do 168 mikrometrów) monokryształy nadprzewodzących kubratów YBa2Cu3Oy, Nd2-xCexCuO4 i La2-y-xEuySrxCuO4. Aby zmierzyć przewodność cieplną efektu Halla, naukowcy uzyskali prąd cieplny wzdłuż dłuższego boku kryształów, a pole magnetyczne zostało ustawione najpierw prostopadle, a następnie równolegle do prądu, aby porównać wartości dla konwencjonalnego efektu Halla i płaskiego efektu Halla. Naukowcy wytworzyli gradient termiczny wzdłuż próbki, wykorzystując grzałkę rezystancyjną podłączoną do jednego końca monokryształu, a do przeciwległego końca przymocowano radiator z żywicy posrebrzanej.
Wyniki pomiarów przyłożonym płasko polu magnetycznym wykazały, że elektrony nie przyczyniają się do efektu Halla, ponieważ nie działają na nie siły Lorentza, co jest zrozumiałe w przypadku takiej konfiguracji, a magnony nie są przyczyną obserwowanego zjawiska, ponieważ są uwięzione wewnątrz płaszczyzn CuO2. Naukowcy zmienili również stężenie fononów w eksperymencie, domieszkując próbki (dodając do materiału zanieczyszczenia o ładunku dodatnim lub ujemnym), a zależności temperaturowe w próbkach wykazały podobieństwo do teoretycznych przewidywań dotyczących fononów termicznych w monokryształach.
Sprzeczność z hipotezą, że fonony termiczne nie mogą powstawać w tego typu strukturach ze względu na wysoką symetrię kryształu, została wyjaśniona faktem, że badane próbki zawierały różne zanieczyszczenia, defekty i domeny antyferromagnetyczne, na których rozproszone były fonony. Autorzy pracy zakwestionowali tym samym teorię, że winowajcami planarnego termicznego efektu Halla są chiralne magnony lub fermiony Majorany.
Istnieje wiele odmian efektu Halla, a z tym zjawiskiem wiąże się jeszcze więcej sprzeczności i paradoksów. Na przykład pisaliśmy wcześniej, w jaki sposób fluktuacje próżni zaburzają mechanizm kwantowego efektu Halla.