Fizycy kwestionują przyczyny występowania termicznego efektu Halla w płaskiej konfiguracji gradientu temperatury i pola magnetycznego. Wcześniej uważano, że zjawisko to jest spowodowane przez chiralne magnony lub fermiony Majorany, ale grupa naukowców eksperymentalnie potwierdziła, że zjawisko to powstaje w wyniku rozpraszania fononów termicznych przez lokalne naruszenia symetrii w monokryształach. Artykuł został opublikowany w Physical Review X.
Kiedy fizycy umieszczają przewodnik w poprzecznym polu magnetycznym i przepuszczają przez niego prąd prostopadle do pola, na krawędziach próbki powstaje różnica potencjałów, co skutkuje klasycznym efektem Halla. Jeśli w próbce powstanie gradient termiczny skierowany prostopadle do strumienia magnetycznego, w materiale można wykryć prąd elektryczny – jest to termiczny efekt Halla. Wydawałoby się, że prostopadłość płaszczyzny, w której rozchodzi się strumień ciepła, do pola magnetycznego jest warunkiem koniecznym, ale niedawno naukowcy odkryli termiczny efekt Halla w konfiguracji płaskiej, co oznacza, że zarówno strumień termiczny, jak i magnetyczny są skierowane w tej samej płaszczyźnie.
Logiczne jest założenie, że przyczyną takiego zachowania w próbkach powinny być wzbudzenia termiczne sieci krystalicznej – fonony. Jednak fizycy zazwyczaj obwiniają za tę anomalię chiralne magnony lub fermiony Majorany. Dzieje się tak, ponieważ powstawanie fononów termicznych jest w badanych układach uniemożliwione 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, że znaczący udział w wynikach miały fonony termiczne w kryształach, przy braku udziału magnonów.
Fizycy wykorzystali bardzo cienkie (o grubości od 37 do 168 mikrometrów) monokryształy nadprzewodzących kubratów YBa₂Cu₂O₂, Nd₂-xCexCuO₂ i La₂-y-xEuy₂SrxCuO₂ jako próbki eksperymentalne. Aby zmierzyć przewodnictwo cieplne Halla, naukowcy wygenerowali prąd cieplny wzdłuż dłuższego boku kryształów i umieścili pole magnetyczne najpierw prostopadle, a następnie równolegle do prądu, aby porównać wartości dla konwencjonalnego efektu Halla i płaskiego. Naukowcy wytworzyli gradient cieplny wzdłuż próbki za pomocą grzałki rezystancyjnej podłączonej do jednego końca monokryształu, a radiator wykonany z posrebrzanej żywicy przymocowano do przeciwległego końca.
Wyniki pomiarów w płaskim polu magnetycznym wykazały, że elektrony nie przyczyniały się do efektu Halla, ponieważ nie podlegały działaniu siły Lorentza, co jest oczekiwane w tej konfiguracji. Magnony nie były przyczyną obserwowanego zjawiska, ponieważ były uwięzione w płaszczyznach CuO2. Naukowcy zmieniali również stężenie fononów w eksperymencie poprzez domieszkowanie próbek (wprowadzanie do materiału zanieczyszczeń o ładunku dodatnim lub ujemnym). Zależności temperaturowe w próbkach wykazały podobieństwo do teoretycznych przewidywań dla fononów termicznych w monokryształach.
Fizycy wyjaśnili sprzeczność z hipotezą, że fonony termiczne nie mogą powstawać w takich strukturach ze względu na ich wysoką symetrię krystaliczną, faktem, że badane próbki zawierały różnorodne zanieczyszczenia, defekty i domeny antyferromagnetyczne, które rozpraszały fonony. Autorzy podają w wątpliwość teorię, że chiralne magnony lub fermiony Majorany są odpowiedzialne za planarny termiczny efekt Halla.
Istnieje wiele odmian efektu Halla, a jeszcze więcej sprzeczności i paradoksów związanych z tym zjawiskiem. Na przykład, pisaliśmy wcześniej o tym, jak fluktuacje próżni zaburzają mechanizm kwantowego efektu Halla.
