【摘 要】
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反常霍尔效应及其热电关联效应,反常能斯特效应和反常热霍尔效应,自发现以来一直是凝聚态物理学中重要的研究分支。磁性拓扑材料中反常横向效应与动量空间中非平庸的贝利曲率密切相关,这已在理论和实验研究工作中被广泛证实,然而这些反常横向效应之间的关系还缺乏系统性研究。本文以磁性拓扑材料Mn3Ge和Co2MnGa为研究主体,讨论了Mn3Ge中反常霍尔电导率与反常霍尔热导率之间的魏德曼-弗兰兹定律,探索了不同磁
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反常霍尔效应及其热电关联效应,反常能斯特效应和反常热霍尔效应,自发现以来一直是凝聚态物理学中重要的研究分支。磁性拓扑材料中反常横向效应与动量空间中非平庸的贝利曲率密切相关,这已在理论和实验研究工作中被广泛证实,然而这些反常横向效应之间的关系还缺乏系统性研究。本文以磁性拓扑材料Mn3Ge和Co2MnGa为研究主体,讨论了Mn3Ge中反常霍尔电导率与反常霍尔热导率之间的魏德曼-弗兰兹定律,探索了不同磁性拓扑材料中反常热电导率与反常霍尔电导率之间的关系,并研究了Mn3Ge中由非平庸反铁磁畴壁结构产生的平面霍尔效应及其记忆效应。主要的研究内容和结论如下:（1）通过测量温度依赖的霍尔效应和热霍尔效应,我们在非共线反铁磁材料Mn3Ge中研究了温度依赖的反常魏德曼-弗兰兹比率。我们发现在0.3 K到100 K之间,反常霍尔电导率和反常霍尔热导率之间满足魏德曼-弗兰兹定律。这一结果验证了在Mn3Ge中反常霍尔效应由动量空间中的贝利曲率产生。我们还发现在100 K以上,实验结果偏离了魏德曼-弗兰兹定律。我们提出,Mn3Ge中魏德曼-弗兰兹定律的偏离与非弹性散射无关,是热输运与电输运在动量空间中的分布函数对贝利曲率在费米面上的积分失配导致的,我们随后通过第一性原理计算验证了这一推断。同时我们还研究了温度依赖的反常能斯特效应和反常埃廷豪森效应,实验结果表明反常横向布里奇曼关系是成立的。（2）通过霍尔效应和热霍尔效应的测量,我们研究了磁性外尔金属Co2MnGa的反常魏德曼-弗兰兹比率;同时我们在Mn3Ge和Co2MnGa的研究基础上,总结了不同磁性拓扑材料中横向热电导率和霍尔电导率之间的标度关系。首先我们验证了Co2MnGa中反常霍尔效应和反常热霍尔效应满足魏德曼-弗兰兹定律,证明了Co2MnGa中反常横向效应是内禀机制产生的。随后我们研究了不同磁性拓扑材料中反常热电导率和反常霍尔电导率之间的关系。我们发现在不同的磁性拓扑材料中,即使反常霍尔电导率存在100多倍的差别,但反常热电导率和反常霍尔电导率的比值差异较小,均在kB/e附近。我们通过半经典的输运方程和莫特关系对该标度关系给出定性解释。（3）利用先驱磁场和锻炼温度的调控,我们研究了Mn3Ge中由非平庸反铁磁畴壁结构产生的平面霍尔效应及其记忆效应。我们在Mn3Ge中观测到了平面霍尔效应,发现该效应在奈尔温度到2 K的温度范围内都存在。随后我们利用不同的先驱磁场对平面霍尔效应进行调控,结果表明平面霍尔电阻率与先驱磁场近似成反比关系。我们还利用温度的锻炼来研究平面霍尔效应,我们发现Mn3Ge的平面霍尔效应存在记忆行为,温度的锻炼可以擦除Mn3Ge的磁畴壁结构,从而使平面霍尔电阻率减小直到零。通过本文的研究,我们验证了在Mn3Ge和Co2MnGa中反常霍尔效应、反常能斯特效应和反常热霍尔效应均源于动量空间的贝利曲率,并发现了一种在高温下打破魏德曼-弗兰兹定律的新机制,总结了不同磁性拓扑材料中反常热电导率和反常霍尔电导率的比率αijA/σijA具有kB/e的量级,这些研究丰富了我们对于电输运、热电输运和热输运研究的理解。
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