量子热电输运中互易关系的实验验证

对称关系是基本原理的体现，构成了现代物理学的基石。其中一个例子是连接热力学流与力的系数之间的 Onsager 关系，它是输运理论和实验的核心。这些互易关系最初是为经典系统 formulated 的，但在量子导体中也同样成立。令人惊讶的是，针对热电输运预测了新的关系。然而，尽管这些热电互易关系迄今尚未得到验证，但据预测它们对非弹性散射敏感，而后者在有限温度下总是存在。这些关系在实践中是否存在这一问题对热电学至关重要：它们的存在可能简化复杂热电材料的理论，而它们的缺失已被证明原则上能在给定材料质量下实现更高的热电能量转换效率。在此，我们在一个四端介观器件中实验验证了热电互易关系，该器件的每个端子均可独立地进行电偏置和热偏置。研究发现，线性响应热电系数在同时反转磁场并交换注入与发射接触时具有对称性。有趣的是，我们还观察到随着热偏置增加，互易关系发生破缺。我们的测量结果从而明确确立了热电互易关系的存在，以及控制其破缺的可能性，从而有望提升热电性能。