新闻网讯（通讯员 郭晓东）12月15日，《物理评论快报》刊发了我校国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队的研究成果，论文题目为“各向异性反铁磁体中反常横向系数之间的昂萨格倒易关系”。该成果是依托我校脉冲强磁场设施电输运实验测试平台，由中心朱增伟教授、李小康副研究员与巴黎高等物理化工学院Kamran Behnia教授带领的联合研究团队取得的最新研究进展。我校为论文第一完成单位，朱增伟教授、Kamran Behnia教授为论文共同通讯作者，中心与物理学院联合培养博士生郭晓东为论文第一作者，李小康副研究员为论文第二作者。
昂萨格倒易关系指出所有的微观过程都是可逆的，未来与过去是对称的，即所谓的时间反演对称性。该关系由理论物理学家拉斯·昂萨格于1931年提出，之后被广大实验者在不同领域内得到验证，认为是不可逆热动力学的基石之一。每当两个及以上的不可逆过程同时发生时，微观动力学的时间反演对称性就会在宏观层面上表现出昂萨格倒易关系，该关系对任何输运系数张量的独立分量施加了限制。根据线性响应理论，由机械力（电场力）以及统计力（温度梯度、化学势等）所驱动的流通过动力学系数Lij耦合到输运方程，即Ji=ΣjLijFj。在传统的横向电和热电输运中，发现其动力学系数霍尔电导率以及能斯特热电导率在各向异性晶体中均严格满足昂萨格倒易关系，即Lij(B)=Lji(-B)。但对于拓扑磁性材料，与Berry曲率相关联的反常横向电和热电输运系数在各向异性晶体中的昂萨格倒易关系并无明确的实验验证。
图为各向异性反铁磁体YbMnBi2的热、电输运特性。（a）各向异性的纵向电阻率随着温度的变化(ρii)；（b）各向异性的塞贝克系数(Sii)随着温度的变化；（c）在280K温度下，YbMnBi2中的霍尔电阻率(ρij)；（d）在200K温度下，YbMnBi2中的能斯特信号（Sij)；（e）在280K温度下，YbMnBi2中的霍尔电导率(σij)；（f）在200K温度下，YbMnBi2中的能斯特热电导率(αij)；（g）基于脉冲强磁场以及稳态强磁场在YbMnBi2中所得到的纵向磁电阻(ρxx)。
在此项研究中，团队在各向异性的反铁磁体YbMnBi2纵向输运中发现其电阻率ρii（图a）和塞贝克系数Sii（图b）展现出一个非常强的各向异性。在横向输运中，其霍尔电阻率（图c）在zy（电流沿着y轴，被测电压沿着z轴，磁场沿着a轴）和yz（电流沿着z轴，被测电压沿着y轴，磁场沿着a轴）配置中均严格满足昂萨格倒易关系，即σzy(B)=σyz(-B)。然而，其能斯特信号Sij却展示出一个巨大的各向异性，在200K温度下其系数Szy/Syz达到24（图d）。由于能斯特系数并不是一个真正连接温度梯度与热电之间的动力学系数，通过进一步分析真正反应温度梯度与热电的热动力学系数即能斯特热电导率αij=Sijσii+σijSjj，发现在zy（温度梯度沿着y轴）和yz（温度梯度沿着z轴）配置中均严格满足昂萨格倒易关系（图1f）,即αzy(B)=αyz(-B)。图（e）、（f）为反常霍尔电导率和能斯特热电导率随温度的变化情况，在确定温度下可以观察到一个严格成立的昂萨格倒易关系，即σA zy(B)=σA yz(-B)和aA zy(B)=aA yz(-B)。此外，分析反常霍尔电导率与纵向电导率的比例关系发现，昂萨格倒易关系不仅在由本征Berry曲率所决定的机制下成立，还在外禀机制所主导的机制下成立。最后，通过反常霍尔电导率以及能斯特热电导率的比值αzy/σzy发现，该比值在室温下接近预测值kB/e，但在150K温度附近时达到最高值2.9kB/e。结合能带以及强磁场下的磁电阻振荡数据（图g）分析，这可能是由于YbMnBi2材料中非常小的电子和空穴口袋在随温度升高时，由其简并电子气逐渐变为非简并电子气所引起的现象。
该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项基金等项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.246302
