时间反演对称条件下非线性霍尔效应的观测
介观与纳米尺度物理
2018-12-19 v1
摘要
电学霍尔效应是在垂直磁场下产生横向电压的现象。历史上，对霍尔效应的研究带来了包括 Berry 曲率与拓扑 Chern 不变量发现在内的重大突破。在磁体中，内禀磁化允许在无外磁场时存在霍尔电导。这种反常霍尔效应（AHE）已成为研究量子磁体的重要工具。在非磁性材料且无外磁场时，由于时间反演对称的限制，电学霍尔效应很少被探索。然而严格来说，只有线性响应区中的霍尔效应，即与外加电场线性成正比的霍尔电压，因时间反演对称而恒为零。另一方面，非线性响应区中的霍尔效应可能不受此类对称约束。在此，我们报道在非磁性二维量子材料双层 WTe2 的电学输运中观测到非线性霍尔效应（NLHE）。具体而言，在双层 WTe2 中通以电流会在无磁场时产生非线性霍尔电压。NLHE 展现出与金属中 AHE 截然不同的不寻常性质：NLHE 呈现二次 I-V 特征；它强烈主导非线性纵向响应，导致约 90 度的霍尔角。我们进一步表明，NLHE 直接测量了 Berry 曲率的“偶极矩”，其源于双层 WTe2 中层极化的狄拉克费米子。我们的结果展示了一种新的霍尔效应，并提供了一种以能量分辨方式探测广泛非磁性量子材料中 Berry 曲率的强有力方法。
引用
@article{arxiv.1809.09279,
title = {Observation of the nonlinear Hall effect under time reversal symmetric conditions},
author = {Qiong Ma and Su-Yang Xu and Huitao Shen and David Macneill and Valla Fatemi and Andres M. Mier Valdivia and Sanfeng Wu and Tay-Rong Chang and Zongzheng Du and Chuang-Han Hsu and Quinn D. Gibson and Shiang Fang and Efthimios Kaxiras and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Robert J. Cava and Hai-Zhou Lu and Hsin Lin and Liang Fu and Nuh Gedik and Pablo Jarillo-Herrero},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.09279},
year = {2018}
}