科研人员破解声子热霍尔效应悬案

中新网武汉10月23日电 (黄双子 史梦诗)华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心李亮教授团队，联合法国巴黎高等物理化工学院学者，首次从热力学角度确认声子热霍尔效应源于材料内禀机制，而非杂质或缺陷导致的外在散射，为困扰学界21年的内禀—外禀之争提供了关键实验判据。

相关成果于北京时间10月23日在线发表于国际学术期刊《科学》(Science)。

通常所说的霍尔效应是指电流在磁场中发生偏转，从而产生横向电压，这一现象只发生在带电粒子身上。而“声子热霍尔效应”则是指：在绝缘体中，热量通过“声子”传递，当施加磁场时，热流也会发生横向偏转，产生温差。

按照常理，声子不带电，因此无法与磁场发生相互作用，不会产生热霍尔效应。但是2005年，科研人员首次观测到疑似声子热霍尔效应的实验信号，疑问随之而来：这究竟是声子本身固有的内禀行为，还是杂质、晶体缺陷等外禀散射机制在起作用？

为破解谜题，研究团队依托华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心，对多块单晶样品开展精密测量。实验发现，五块“路况”基本一致的样品中，热流偏转程度最大相差近十倍，且偏转大小与声子平均自由程无关，却与材料的磁各向异性紧密关联——这说明偏转并非杂质“碰巧”导致，而是材料本身的内禀属性。

进一步分析揭示，材料中的磁振子与声子能带存在多处交叉，两者耦合后形成新的杂化模式，使原本不带电的声子获得对磁场的“感知能力”，从而发生偏转。

李亮表示，声子霍尔效应表明声子这类“中性粒子”同样拥有精彩的量子世界。该成果拓展了对霍尔效应家族的认知边界，促使物理学界重新审视声子与磁场相互作用的理论框架。