HZB的一个团队开发了一种新的测量方法，首次能够准确检测热霍尔效应中100微开尔文范围内的微小温差。此前，由于热噪声，这些温差无法定量测量。

更高的测量精度打开量子世界的新窗口

以著名的钛酸铽为例，该团队证明该方法可提供高度可靠的结果。热霍尔效应根据量子材料与晶格振动(声子)的相互作用提供有关量子材料中相干多粒子态的信息。

量子物理定律适用于所有材料。然而，这些定律在所谓的量子材料中产生了特别不寻常的特性。例如，磁场或温度变化会引起激发、集体态或准粒子，并伴随相变到奇异态。

只要可以理解、管理和控制，就可以通过多种方式利用它。例如，未来的信息技术可以以最小的能源需求来存储或处理数据。

热霍尔效应(THE)在识别凝聚态物质中的奇异态方面发挥着关键作用。该效应基于热电流通过样品并施加垂直磁场时产生的微小横向温差。

特别是，热霍尔效应的定量测量使我们能够将奇异的激发与常规行为分开。在多种材料中都可以观察到热霍尔效应，包括自旋液体、自旋冰、高温超导体的母相以及具有强极性的材料。

然而，垂直于样品中温度梯度发生的热差异非常小：在典型的毫米尺寸样品中，它们在微开尔文到毫开尔文的范围内。到目前为止，通过实验检测这些热差异一直很困难，因为测量电子设备和传感器引入的热量掩盖了这种效应。

如果施加纵向温差，热霍尔效应会导致非常小的横向温差。磁场垂直穿透样品。图片来源：D.Kojda/HZB

一种新颖的样品架

由PDKlausHabicht博士领导的团队现已开展开创性工作。他们与HZB样品环境的专家一起开发了一种具有模块化结构的新型样品杆，可以插入各种低温磁体中。样品头使用电容测温法测量热霍尔效应。

这利用了专门制造的微型电容器的电容的温度依赖性。通过这种设置，专家们成功地显着减少了通过传感器和电子设备的热传递，并通过多项创新减弱了干扰信号和噪声。

为了验证测量方法，他们分析了钛酸铽样品，其在磁场下不同晶体方向的导热率是众所周知的。测量数据与文献非常吻合。

测量方法的进一步改进

“解决亚毫开尔文范围内的温差的能力让我非常着迷，这是更详细地研究量子材料的关键，”第一作者DannyKojda博士说。“我们现在共同开发了复杂的实验设计、清晰的测量方案和精确的分析程序，可以实现高分辨率和可重复的测量。”

部门负责人KlausHabicht补充道：“我们的工作还提供了如何进一步提高未来为低样品温度设计的仪器的分辨率的信息。我要感谢所有参与人员，特别是样品环境团队。我希望实验设置能够牢固地实现。”整合到港珠澳大桥基础设施中，并将实施拟议的升级。”

哈比希特的小组现在将利用热霍尔效应的测量来研究量子材料中晶格振动或声子的拓扑特性。

哈比希特说：“离子晶体中热霍尔效应的微观机制和散射过程的物理原理还远没有被完全理解。令人兴奋的问题是为什么非磁性绝缘体中的电中性准粒子在磁场中仍然会偏转。”。借助新仪器，该团队现在已经为回答这个问题创造了先决条件。