Фізики поставили під сумнів причини, через які у планарній конфігурації температурного градієнта та магнітного поля виникає термічний ефект Холла. Раніше вважалося, що це явище проявляється через хіральні магнони або майоранівські ферміони, проте група вчених експериментально підтвердила, що феномен виникає через теплові фонони, що розсіюються на локальних порушеннях симетрії в монокристалах. Стаття опублікована у Physical Review X.
Коли фізики поміщають у поперечне магнітне поле провідник і пропускають через нього струм перпендикулярно до поля, то на краях зразка виникає різниця потенціалів і виходить класичний ефект Холла. Якщо ж створити у зразку тепловий градієнт, який направити перпендикулярно магнітному потоку, то можна зареєструвати виникнення електричного струму у матеріалі – це вже тепловий (термічний) ефект Холла. Здавалося б, перпендикулярність площини, в якій поширюється потоку тепла, магнітному полю — обов'язкова умова, проте нещодавно вчені виявили тепловий ефект Холла в планарній конфігурації, тобто тепловий і магнітний потік були спрямовані в одній площині.
Логічно припустити, що причиною такої поведінки зразків мають стати теплові порушення кристалічних ґрат — фонони, проте винуватцями такої аномалії фізики зазвичай називають хіральні магнони або майоранівські ферміони. Все тому, що в системах, що досліджуються, виникнення теплових фононів не допускається через високу симетрію кристалічної структури.
Чень Лу (Lu Chen) із Шербруцького університету спільно з колегами з Німеччини, Канади, Франції, США та Японії виміряли тепловий ефект Холла у трьох планарних зразках та виявили помітний внесок у результат від теплових фононів у кристалах за повної відсутності такого від магнонів.
Фізики використовували дуже тонкі (товщиною від 37 до 168 мікрометрів) монокристали надпровідних купратів YBa2Cu3Oy, Nd2-xCexCuO4 і La2-y-xEuySrxCuO4 як експериментальні зразки. Для вимірювання теплової холівської провідності вчені отримали тепловий струм вздовж довгої сторони кристалів, а магнітне поле розташували спочатку перпендикулярно, а потім паралельно струму, щоб порівняти значення звичайного теплового ефекту Холла і планарного. Тепловий градієнт вздовж зразка вчені забезпечили за допомогою резистивного нагрівача, підключеного до одного з кінців монокристалу, приєднавши до протилежного тепловідведення з срібленої смоли.
Результати вимірювання при планарно прикладеному магнітному полі показали, що електрони не внесли ніякого вкладу в ефект Холла, оскільки на них не діяла сила Лоренца, що цілком очікувано для такої конфігурації, а магнони не стали причиною феномена, тому що виявилися замкнені всередині площин CuO2 . Вчені також змінили в експерименті концентрацію фононів за рахунок легування зразків (внесення до матеріалу позитивно або негативно заряджених домішок), при цьому температурні залежності у зразках продемонстрували схожість з теоретичними передбаченнями для термічних фононів у монокристалах.
Суперечність із гіпотезою, згідно з якою термічні фонони не можуть виникнути в подібних структурах через високу кристалічну симетрію, фізики пояснили тим, що в досліджуваних зразках виявилися різні домішки, дефекти та антиферомагнітні домени, на яких розсіялися фонони. Тим самим автори роботи поставили під сумнів теорію, що винуватцями планарного теплового ефекту Холла виступають хіральні магнони або майоранівські ферміони.
Різновидів ефекту Холла існує дуже багато, а протиріч та парадоксів, пов'язаних із цим явищем — ще більше. Наприклад, ми писали, як вакуумні флуктуації порушили механізм квантового ефекту Холла.