华科大团队破解20年物理学悬案!成果发表于《Science》

2026-10-31

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不带电的粒子 也能在磁场中发生偏转?

这一困扰国际物理学界 20年的难题 被华中科技大学科研团队 成功破解!

北京时间10月23日 国家脉冲强磁场科学中心 最新研究成果 发表于 国际顶级学术期刊 《科学》(Science) 20年悬案: 不带电的“ 声子 ”怎么在磁场里“拐弯”?

通常我们所说的“霍尔效应”,是指电流在磁场中发生偏转并产生横向电压——这一现象只发生在带电粒子身上。

但在绝缘体中,热量是以“声子”(一种电中性的晶格振动准粒子)的形式传递的。

按常理,声子不带电,不应受到磁场影响。

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自2005年科学家首次观测到“声子热霍尔效应”以来,一个困扰物理学界20年的核心争论随之诞生: 绝缘体中的热流在磁场下发生横向偏转,究竟是材料固有的“内禀机制”,还是杂质缺陷造成的“假象”?

二十年来,国际物理学界各持己见,争论不休。

55特斯拉强磁场出击: 破解“假象”背后的真相 为了彻底解开这一谜团,华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心李亮、朱增伟教授团队,联合法国巴黎高等物理化工学院卡姆兰·贝尼亚(Kamran Behnia)教授,依托大科学装置展开攻坚。

研究团队在最高 55特斯拉 的脉冲强磁场下,对蜂窝反铁磁绝缘体 NiPS₃ 的多块单晶样品开展了精密热力学测量。

李亮教授、朱增伟教授、李小康副研究员正在调试热霍尔实验信号 关键实验发现揭开了真相: 1.

十倍差异: 在5块“路况”(品质与初始条件)基本一致的样品中,热流偏转程度最大相差近十倍;

2.

打破猜想: 偏转大小与声子平均自由程无关,却与材料的磁化特性紧密关联。

这一结论清晰表明: 热流偏转绝非杂质“碰巧”导致的散射假象,而是材料本身的内禀属性!

进一步理论分析揭示,材料中的 磁振子与声子能带存在多处交叉 ,两者产生强烈耦合后形成新的杂化模式, 让原本电中性的声子获得了感知磁场的“超能力” ,从而发生偏转。

NiPS3中纵向与横向热导率及面内磁各向异性的样品依赖性 拓展认知边界: 探秘中性粒子的“量子新世界” 该成果彻底证实了声子热霍尔效应的内禀起源,拓展了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。

国家脉冲强磁场科学中心主任李亮教授: “量子霍尔效应让人们发现了电子的拓扑量子态,而声子霍尔效应表明, 声子这类‘中性粒子’同样拥有精彩的量子世界。

” 研究团队合影 【科研团队名片】 第一完成单位: 华中科技大学 共同第一作者: 华中科技大学博士生孟庆凯(已毕业)、李小康副研究员 共同通讯作者: 李小康副研究员、朱增伟教授、李亮教授、卡姆兰·贝尼亚教授(巴黎高等物理化工学院) 来源 / 国家脉冲强磁场科学中心 欢迎留言,分享观点。

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