物理学家揭示了平面交变磁体中量子几何引起的非线性输运

近年来，许多物理学家和材料科学家一直在研究一类新发现的磁性材料，称为交变磁体。这些材料表现出一种独特的磁性，不同于传统的铁磁性和反铁磁性，其特点是电子的自旋根据其动量而变化。

这种独特的磁性使得交变磁体在开发新的自旋电子学和。它还为拓扑材料（即具有源自其电子结构拓扑的独特电子特性的系统）的研究开辟了新的可能性。

石溪大学的研究人员进行了一项研究，旨在更好地了解平面交流磁体的非线性响应。他们的论文，发表在物理评论快报，报告了对这些材料中源自其量子几何形状的非线性响应的观察。

“最近， 已经证实了量子几何在传统 PT 对称反铁磁体二阶响应中的预测作用，”该论文的合著者 Sayed Ali Akbar Ghorashi 告诉 Phys.org。

“在这些材料中，由于宇称（P）和时间反转（T）对称性的结合，贝里曲率（量子几何张量的虚部）消失，并且表明二阶响应由下式控制：量子度量（量子几何张量的实部）。”

交变磁体缺乏组合 PT 对称性。因此，量子几何对这些材料中报告的非线性响应的影响仍然难以捉摸。

“我们工作的目标是推导出交流磁体的非线性响应，并区分贝里曲率和量子度量的贡献，”Ghorashi 说。 “我们的发现最终比预期更加引人注目。”

最初，Ghorashi 和他的同事着手研究交流磁体的非线性响应以及驱动该响应的因素。为此，他们首先计算了对交流磁体非线性响应的所有贡献，直至三阶，使用半经典玻尔兹曼理论。

“我们在散射时间中逐级揭示了每一项的量子几何起源，”Ghorashi 说。 “接下来，对于每个平面交替磁体，我们使用对称性来确定哪些贡献在三阶电导率的纵向和霍尔分量中保留。”

研究人员进行的计算和分析产生了令人惊讶且富有洞察力的结果。具体来说，他们发现了平面交变磁体中由材料的量子几何形状引起的非线性响应。

“值得注意的是，由于反演对称性，交流磁体的二阶响应消失了，”Ghorashi 解释道。

“因此，据我们所知，它们是第一类以三阶响应为主要非线性响应的材料。此外，我们表明，由于这些材料中存在较大的自旋分裂，这种响应是巨大的。此外，交变磁体的弱自旋轨道耦合（与磁交换项相比）也出现在其非线性响应中，为此类新型材料提供了新颖的输运表征，而此前仅限于寻找线性反常霍尔电导率。”

这项最新研究的结果为交流磁体及其研究开辟了新的可能性。最值得注意的是，它揭示了这类新发现的材料中非线性输运的独特特征，这可以指导未来旨在进一步检查它们并描绘其量子几何的各个方面的实验。

Ghorashi 补充道：“我们未来的一个研究方向将是超越弛豫时间近似，并研究无序效应，这种效应已被证明可以丰富 PT 对称反铁磁体的物理学。”

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