孙栋课题组与合作者在磁性外尔半金属中首次观测到贝里曲率增强的反常光致能斯特效应
2025-12-22
近日，北京大学物理学院量子材料科学中心孙栋教授课题组联合中国科学院物理研究所刘恩克研究员、南京师范大学物理科学与技术学院周俊教授、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所程晋罗研究员等团队，在磁性外尔半金属Co₃Sn₂S₂中成功观测到贝里曲率增强的反常光致能斯特效应，揭示了光、磁性与拓扑序之间的深刻关联。相关研究成果以“磁性外尔半金属中贝里曲率增强的反常光致能斯特效应的观测”（Observation of Berry Curvature-Enhanced Anomalous Photo-Nernst Effect in Magnetic Weyl Semimetal）为题，发表于国际知名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。
反常能斯特效应是反常霍尔效应的热电对应现象，可在无外磁场的磁性或拓扑材料中出现，对拓扑物理研究和能源收集、自旋电子学等领域具有重要意义。然而，实验上观测光激发引起的反常能斯特效应极具挑战。本研究通过扫描光电流显微技术，在Co₃Sn₂S₂中成功捕捉到零场下边缘光电流的显著响应，并利用磁化反转实验证实了其反常光致能斯特起源。
图1. (a)反常光致能斯特电流的产生示意图。(b)边界光电流的磁场依赖特性。(c)不同波长激发下相对反常能斯特系数的比较。(d) 不同波长激发下载流子弛豫过程的示意图。
研究进一步发现，在低光子能量区域，反常光致能斯特效应表现出显著增强。通过对比不同波长激发下的名义反常能斯特系数，团队明确该增强源于外尔能带的大贝里曲率贡献。Co₃Sn₂S₂兼具优异的导电性、大热电系数、拓扑增强的反常响应以及肖克利-拉莫定理支持的长程光电流生成机制，使其成为实现反常光致能斯特效应的理想平台。
这一发现不仅深化了对磁性外尔半金属中拓扑与磁序协同作用的理解，也为开发新型光热电转换器件、拓扑能源收集技术及量子调控器件提供了新思路。
北京大学物理学院量子材料科学中心博士研究生范子璞（已毕业）与中国科学院物理研究所博士生杨金颖为论文共同第一作者，孙栋教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
论文原文链接：http://doi.org/10.1002/adfm.202521366