候选 Kitaev 磁体 $\alpha$-RuCl$_3$ 中的磁子、声子与热霍尔效应

我们研究了候选 Kitaev 材料 $\alpha$-RuCl$_3$ 中具争议的热霍尔效应的性质。在不假设存在带隙自旋液体的情况下,我们表明在倾斜锯齿相中一个现实的最小自旋模型,在线性自旋波理论层面上,足以定性解释所观察到的非量子化热霍尔电导率 $\kappa_{xy}$ 的温度与磁场依赖性,其起源在于磁子带的 Berry 曲率。然而,即便在宽泛扫描模型参数以最大化 $\kappa_{xy}/T$ 后,该效应的量级仍远小于 Czajka 等人 [Nat. Mater. 22, 36-41 (2023)] 的测量值。近期实验表明声子起重要作用,我们展示其与自旋耦合,赋予声子手性。由此产生的来自磁子与声子的内禀贡献,仍不足以解释观测到的霍尔信号量级。在仔细分析外禀声子机制后,我们利用 Lefran\c{c}ois 等人 [Phys. Rev. X 12, 021025 (2022)] 近期关于 $\alpha$-RuCl$_3$ 中热输运的实验数据,确定了外禀与内禀贡献的现象学比值 $\eta\equiv \kappa_{xy}^{E}/\kappa_{xy}^{I}$。我们发现 $\eta=1.2\pm 0.5$,将其与我们计算的内禀值结合,可定量解释 $\alpha$-RuCl$_3$ 中实验热霍尔效应的量级及细致温度依赖性。