α-RuCl₃中的“声子霍尔粘滞”与“自发热霍尔效应”

热霍尔效应是指在垂直磁场作用下，材料内部热流发生横向偏转的现象。它已在多种磁性绝缘体中被观测到，但其物理起源长期存在争议：有人认为源于电子或磁振子等载热粒子自身的量子几何性质（内禀机制），也有人归因于晶体缺陷对载热粒子的散射（外禀机制）；甚至对“究竟是什么粒子在传热”这一基本问题，学界也莫衷一是——磁振子、声子、分数化自旋激发等都被提出过。厘清这些问题，对理解量子自旋液体（一种高度纠缠的量子物态）至关重要，尤其对候选材料α-RuCl₃而言，此前有研究曾将其中观测到的量子化的热霍尔效应归因于马约拉纳边缘态，引发广泛关注。本文通过超声波测量“声学法拉第效应”（即磁场导致超声波偏振面旋转的现象），首次直接证实：α-RuCl₃中的声子确实具有“霍尔粘滞”——这是一种不耗散的特殊粘滞，能主动旋转声子的振动极化方向，并使声子热流发生横向偏转。进一步定量分析表明，这种声子霍尔粘滞所贡献的热霍尔效应，能够精确解释实验中测得的热霍尔信号的很大一部分。因此，结论明确：α-RuCl₃中的热霍尔效应主要由声子产生，且属于内禀量子效应，而非由杂质或缺陷引起的外在现象。更广泛地看，本研究证明，“声学法拉第效应”是一种强大而灵敏的新工具，可用于探测声子的霍尔粘滞及其背后的“声子贝里曲率”，从而为发现和研究那些传统电输运实验难以触及的新奇量子物态（如量子自旋液体）开辟了一条全新途径。