De acordo com a lei Wiedemann-Franz (WF), a condutividade elétrica de um metal está ligada à sua contraparte térmica, desde que o calor transportado pelos fônons seja desprezível e os elétrons não sofram espalhamento inelástico. Em um semimetal Weyl tipo II, também conhecido como quarto férmion, a dependência térmica da razão entre a condutividade elétrica e térmica destaca os desvios da lei de Wiedemann-Franz. Os físicos testaram a lei WF em vários sólidos, mas pretendem compreender a extensão de sua relevância durante o transporte transversal anômalo e investigar a natureza topológica da função de onda. Em um novo relatório, Liangcai Xu e uma equipe internacional de pesquisa em física da matéria condensada na China, França, Israel e Alemanha, apresentou um estudo da resposta transversal anômala em um semimetal Weyl antiferromagnético não colinear, Mn ₃ Ge. Eles variaram as condições experimentais da temperatura ambiente até a temperatura abaixo de Kelvin e observaram a violação da temperatura finita da correlação de WF. Eles creditaram o resultado a uma incompatibilidade entre as somas térmicas e elétricas da curvatura de Berry (uma fase geométrica adquirida no curso de um ciclo) e não devido ao espalhamento inelástico. A equipe apoiou sua interpretação com cálculos teóricos para revelar uma competição entre a temperatura e a distribuição da curvatura de Berry. O trabalho agora está publicado em Avanços da Ciência .

A curvatura de elétrons de Berry pode resultar no efeito Hall anômalo (AHE) se o sólido hospedeiro não tiver simetria de reversão de tempo (conservação de entropia). Embora as contrapartes termoelétricas e térmicas do efeito Hall anômalo sejam exploradas com menos frequência, eles também surgem dos mesmos campos magnéticos fictícios. Resta ser determinado como as magnitudes de tais coeficientes fora da diagonal anômalos se correlacionam entre si e se as correlações estabelecidas entre os coeficientes de transporte comuns continuam a se manter. Atualmente é trabalhoso formar uma fórmula semiclássica do efeito Hall anômalo (AHE), assim, tornando qualquer imagem intuitiva da produção de um campo elétrico transversal ainda mais desafiador. Nesse trabalho, a equipe de pesquisa apresentou um estudo de um sólido magnético, focado na relação entre condutividades Hall elétrica e térmica anômalas. Xu et al. determinou as variáveis ​​em uma ampla faixa de temperatura, para incluir a razão de Lorenz anômala (L ^UMA _{eu j} ) e o valor Sommerfeld (L ₀ ), que permaneceram próximos um do outro, no entanto, um desvio começou acima de 100 K. A equipe afirmou que a observação implicava em um mecanismo até então não observado para violação de temperatura finita da lei de WF. Como resultado, eles apoiaram observações experimentais no estudo com cálculos teóricos para identificar a curvatura de Berry da família de semimetais de Weyl (Mn ₃ Ge e Mn ₃ Sn).

Com base em proposições teóricas, a equipe observou um grande efeito Hall anômalo em Mn ₃ Família X (onde X é igual a Sn e Ge) de antiferromagnetos não colineares abaixo de uma temperatura Néel, ou seja, refletindo a não linearidade de materiais superparamagnéticos em campos baixos. Os resultados forneceram um perfil distinto sobre a resistividade Hall e um método direto para extrair a condutividade anômala com os recém-chegados (Mn ₃ Ge e Mn ₃ Sn) no campo emergente da spintrônica antiferromagnética. Os cientistas até seguiram o destino dos sinais em Mn ₃ Abaixe para temperaturas abaixo de Kelvin no estudo para entender o fenômeno.

Eles mediram a resistividade de Hall, Sinal de Nernst (fenômeno termoelétrico ou termomagnético observado em uma amostra conduzindo eletricidade - sujeito a um campo magnético) e resistividade Hall térmica para extrair condutividades Hall elétrica / termoelétrica e térmica. Eles observaram propriedades básicas do sistema, incluindo a textura de rotação, a magnetização e a resistividade elétrica apresentam pouca variação com a temperatura. Xu et al. detalhou a lei transversal anômala de WF como o principal achado do estudo. Por exemplo, abaixo de 100 K, a relação de Lorenz anômala era plana com uma magnitude ligeiramente maior do que o valor de Sommerfeld. Acima de 100 K, a razão de Lorenz anômala em Mn ₃ Ge e Mn ₃ Sn se comportou de maneira muito diferente, mas sua resistividade mostrou apenas uma ligeira mudança com a temperatura, em contraste com ferromagnetos elementares.

Uma vez que várias proposições anteriores sobre a violação da lei WF foram posteriormente refutadas, os novos dados tiveram que ser validados por critérios independentes. Os cientistas apoiaram a validade de seu trabalho verificando a relação Kelvin (para coeficientes de transporte normais) e a relação de Bridgman (para coeficientes transversais anômalos). Com base na termodinâmica de processos irreversíveis, as relações deveriam permanecer válidas, independentemente dos detalhes microscópicos. Xu et al. portanto, incorporou os mesmos dados (campo elétrico e gradiente térmico) para estudos térmicos e termoelétricos e a validade resultante das relações de Kelvin e Bridgman no trabalho garantiu a validade dos dados térmicos coletados como confirmação experimental adicional.

A lei WF também pode deixar de ser válida na presença de espalhamento inelástico, uma vez que a colisão inelástica de pequeno ângulo pode diminuir o fluxo de momento. Quando a equipe examinou o caso de Mn ₃ Metais X em relação à lei WF concluíram os mecanismos de espalhamento dominantes em ambos os Mn ₃ Sn e Mn ₃ Ge deve ser baseado na dispersão de defeitos anti-sítio (defeitos cristalográficos). Havia pouco espaço para dispersão inelástica no estudo, destacando a necessidade de um caminho alternativo para a violação observada da lei WF. A teoria resultante mostrou qualitativamente o espectro diferente de Berry em Mn ₃ Sn e Mn ₃ Ge, que levam a comportamentos diferentes em temperatura finita para os dois compostos; atendendo assim ao requisito de rota alternativa e validando ainda mais o resultado do estudo.

Desta maneira, Liangcai Xu e colegas mediram contrapartidas do efeito Hall anômalo associado ao fluxo de entropia. Eles descobriram que a lei WF que liga os efeitos Hall térmico e elétrico é válida na temperatura zero, embora um desvio finito tenha surgido acima de 100 K. O efeito de espalhamento dominante no estudo foi elástico e eles propuseram que o desvio resultasse de uma incompatibilidade nas somas térmicas e elétricas da curvatura de Berry ao lado de cálculos teóricos, que adicionalmente apoiou o trabalho.

© 2020 Science X Network