科學家觀察到室溫三階非線性霍爾效應

　　 近日，南洋理工大學教授高煒博和新加坡科技設計大學教授楊聲遠課題組在II型外爾（Weyl）半金屬TaIrTe4（碲化銥鉈）中觀察到了顯著的室溫三階非線性霍爾效應，為其在新型量子材料中的應用提供了可能。相關成果發表在《國家科學評論》（NSR）上。

　　霍爾效應一直是凝聚態物理研究的一個主流方向。近年來，科學家們在非磁系統中發現了一種不需要磁場的二階霍爾效應，拓展了霍爾效應家族的新成員。二階非線性霍爾效應與對稱性和拓撲學有著深厚的聯系，其中一個重要物理機制歸因于貝里曲率偶極子（Berry curvature dipole）。當線性和二階的霍爾效應被系統的對稱性抑制時，尋找二階以上更高階的非線性霍爾效應也是科學家近期關注的熱點話題。

　　2021年，高煒博和楊聲遠課題組報道了在MoTe2（碲化鉬）和WTe2（碲化鎢）材料中的三階非線性霍爾效應，并指出該三階效應起源于能帶幾何量貝利聯絡極化率（Berry connection polarization），這是一種不同于二階非線性霍爾效應的全新的物理機制。

　　然而，MoTe2和WTe2中的三階非線性霍爾效應只能存在于小于100k的較低溫度下，這阻礙了其潛在的應用。因此，能否在室溫下觀測三階非線性霍爾效應，成為了目前一個亟待解決的關鍵問題。

　　在本研究中，課題組在II型外爾半金屬TaIrTe4中觀察到了顯著的室溫三階非線性霍爾效應，而且該效應能在室溫條件下穩定存在至少三個月。TaIrTe4的三階非線性霍爾的室溫特性和較高的穩定性，使得它成為研究三階非線性霍爾效應的比較好的材料平臺。

　　課題組還對TaIrTe4中三階非線性霍爾效應能在室溫存在的物理機制進行了探討。與MoTe2中三階非線性效應的對比顯示，TaIrTe4中貝利聯絡極化率的貢獻比重更大。而且，貝利聯絡極化率貢獻的三階非線性電導，要比另外一種非本征的德魯德(Drude)散射所貢獻的三階非線性電導隨溫度衰減得慢很多。這可能是在TaIrTe4觀察到室溫三階非線性霍爾效應的原因。

　　課題組表示，這一發現證明了室溫非線性霍爾效應的可能性，而且加深了關于貝利聯絡極化率對三階霍爾效應的影響的理解，將進一步推動外爾半金屬中三階非線性霍爾效應的可能的室溫應用。

　　北京化工大學數理學院青年教師王聰、安徽大學青年教師肖瑞春為該文章共同第一作者。