Selon la loi de Wiedemann-Franz (WF), la conductivité électrique d'un métal est liée à sa contrepartie thermique, à condition que la chaleur transportée par les phonons soit négligeable et que les électrons ne subissent pas de diffusion inélastique. Dans un semi-métal Weyl de type II également connu sous le nom de quatrième fermion, la dépendance thermique du rapport entre conductivité électrique et conductivité thermique met en évidence des écarts par rapport à la loi de Wiedemann-Franz. Les physiciens ont testé la loi WF dans de nombreux solides, mais ont l'intention de comprendre l'étendue de sa pertinence lors de transports transverses anormaux et d'étudier la nature topologique de la fonction d'onde. Dans un nouveau rapport, Liangcai Xu et une équipe internationale de recherche en physique de la matière condensée en Chine, La France, Israël et l'Allemagne, a présenté une étude de la réponse transverse anormale dans un semi-métal antiferromagnétique de Weyl non colinéaire, Mn 3 Gé. Ils ont fait varier les conditions expérimentales de la température ambiante à la température inférieure à Kelvin et ont observé une violation à température finie de la corrélation WF. Ils ont attribué le résultat à un décalage entre les sommations thermiques et électriques de la courbure de Berry (une phase géométrique acquise au cours d'un cycle) et non à une diffusion inélastique. L'équipe a appuyé son interprétation sur des calculs théoriques pour révéler une compétition entre la température et la distribution de courbure de Berry. L'ouvrage est désormais publié sur Avancées scientifiques .

La courbure des électrons de Berry peut entraîner l'effet Hall anormal (AHE) si le solide hôte manque de symétrie d'inversion du temps (conservation de l'entropie). Alors que les contreparties thermoélectriques et thermiques de l'effet Hall anormal sont explorées moins fréquemment, elles aussi proviennent des mêmes champs magnétiques fictifs. Il reste à déterminer comment les amplitudes de ces coefficients hors diagonale anormaux sont corrélées les unes avec les autres et si les corrélations établies entre les coefficients de transport ordinaires continuent de tenir. Il est actuellement laborieux de former une formule semi-classique de l'effet Hall anormal (AHE), rendant ainsi toute image intuitive de la production d'un champ électrique transversal encore plus difficile. Dans ce travail, l'équipe de recherche a présenté une étude d'un solide magnétique, se sont concentrés sur la relation entre les conductivités Hall électrique et thermique anormales. Xu et al. déterminé les variables sur une large plage de températures, pour inclure le rapport de Lorenz anormal (L ^UNE je ) et la valeur Sommerfeld (L 0 ), qui sont restés proches l'un de l'autre, cependant, une déviation a commencé au-dessus de 100 K. L'équipe a affirmé que l'observation impliquait un mécanisme jusqu'à présent inobservé pour la violation à température finie de la loi WF. Par conséquent, ils ont soutenu les observations expérimentales dans l'étude avec des calculs théoriques pour identifier la courbure de Berry de la famille semi-métal Weyl (Mn 3 Ge et Mn 3 Sn).

Sur la base de propositions théoriques, l'équipe a observé un effet Hall anormal important dans le Mn 3 X (où X égalait Sn et Ge) famille d'antiferromagnétiques non colinéaires en dessous d'une température de Néel, c'est-à-dire reflétant la non-linéarité des matériaux superparamagnétiques dans les bas champs. Les résultats ont fourni un profil distinct sur la résistivité de Hall et une méthode simple pour extraire la conductivité anormale avec les nouveaux venus (Mn 3 Ge et Mn 3 Sn) dans le domaine émergent de la spintronique antiferromagnétique. Les scientifiques ont même suivi le sort des signaux en Mn 3 Descendez à des températures inférieures à Kelvin dans l'étude pour comprendre le phénomène.

Ils ont mesuré la résistivité de Hall, Signal de Nernst (phénomène thermoélectrique ou thermomagnétique observé dans un échantillon conducteur d'électricité - soumis à un champ magnétique) et résistivité Hall thermique pour extraire les conductivités électrique/thermoélectrique et thermique Hall. Ils ont observé les propriétés de base du système, y compris la texture de rotation, l'aimantation et la résistivité électrique montrent peu de variation avec la température. Xu et al. a détaillé la loi WF transverse anormale comme principale conclusion de l'étude. Par exemple, en dessous de 100 K, le rapport de Lorenz anormal était plat avec une magnitude légèrement supérieure à la valeur de Sommerfeld. Au-dessus de 100 K, le rapport de Lorenz anormal en Mn 3 Ge et Mn 3 Sn s'est comporté très différemment mais leur résistivité n'a montré qu'un léger changement avec la température, contrairement aux ferroaimants élémentaires.

Étant donné que plusieurs propositions antérieures sur la violation de la loi WF ont été réfutées par la suite, les nouvelles données devaient être validées par des critères indépendants. Les scientifiques ont soutenu la validité de leurs travaux en vérifiant la relation de Kelvin (pour les coefficients de transport normaux) et la relation de Bridgman (pour les coefficients transversaux anormaux). Basé sur la thermodynamique des processus irréversibles, les relations devaient rester valides indépendamment des détails microscopiques. Xu et al. ont donc incorporé les mêmes données (champ électrique et gradient thermique) pour les études thermiques et thermoélectriques et la validité résultante des relations de Kelvin et de Bridgman dans le travail a garanti la validité des données thermiques collectées en tant que confirmation expérimentale supplémentaire.

La loi WF peut également cesser d'être valide en présence de diffusion inélastique, car une collision inélastique à petit angle peut dégrader le flux de quantité de mouvement. Lorsque l'équipe a examiné le cas de Mn 3 X métaux par rapport à la loi WF ils ont conclu les mécanismes de diffusion dominants dans les deux Mn 3 Sn et Mn 3 Il doit être basé sur la dispersion des défauts antisites (défauts cristallographiques). Il y avait peu de place pour la diffusion inélastique dans l'étude, soulignant l'exigence d'une voie alternative vers la violation observée de la loi WF. La théorie résultante a montré qualitativement les différents spectres de Berry dans Mn 3 Sn et Mn 3 Hé, qui conduisent à des comportements différents à température finie pour les deux composés; répondant ainsi à l'exigence d'itinéraire alternatif et validant davantage les résultats de l'étude.

De cette façon, Liangcai Xu et ses collègues ont mesuré les contreparties de l'effet Hall anormal associé au flux d'entropie. Ils ont trouvé que la loi WF liant les effets Hall thermique et électrique est valide à température nulle, bien qu'une déviation finie ait émergé au-dessus de 100 K. L'effet de diffusion dominant dans l'étude était élastique et ils ont proposé que la déviation résulte d'un décalage dans les sommations thermiques et électriques de la courbure de Berry avec les calculs théoriques, qui a en outre soutenu le travail.

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