磁场诱导的狄拉克半导体 Cd3As2 中的量子度量偶极子
介观与纳米尺度物理
2025-08-12 v1 材料科学
摘要
量子几何包括贝里曲率和量子度量，对实验体系中的电子传输现象起着根本性作用。最近的研究表明，量子度量偶极子可驱动拓扑反物质中的无散射非线性霍尔效应，这促使人们质疑：这种效应是否可以发生在非磁性系统中，并且是否可以通过外部磁场进行调控。本文通过表明，量子度量偶极子在非磁性拓扑狄拉克半导体 Cd3As2 中可被外部磁场主动调控，从而在非磁性系统中产生时反演性非线性霍尔响应。除了众所周知的旋角异常引发的负纵向磁阻，一种新兴的非线性平面霍尔效应随磁场增大而显现。精细的尺度分析表明，这一非线性平面霍尔效应由磁场调制的量子度量偶极子控制。我们构建了狄拉克带在泡利-曼德尔耳作用和轨道耦合下的有效 k·p 模型，推导了量子度量偶极子随磁场变化的演化规律，全面解释了实验结果。我们的结果为通过量子度量偶极子在非磁性材料中工程化非线性磁传输开辟了一条新途径，为磁场可调非线性量子器件的设计指明了方向。
引用
@article{arxiv.2508.07364,
title = {Magnetic Field Induced Quantum Metric Dipole in Dirac Semimetal Cd3As2},
author = {Tong-Yang Zhao and An-Qi Wang and Zhen-Tao Zhang and Zheng-Yang Cao and Xing-Yu Liu and Zhi-Min Liao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.07364},
year = {2025}
}