[論文レビュー] Anomalous thermoelectric and thermal Hall effects in irradiated altermagnets

Qin Fang, Xiao‐Bin Qiang|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2026

Topological Materials and Phenomena被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、d波アルテム磁性が高周波の楕円偏光によってチェーン・絶縁体相へ駆動されうることを示し、低温挙動やトポロジー的兆候を含む intrinsic anomalous thermoelectric および thermal Hall 応答を分析します。

ABSTRACT

We show that a $d$-wave altermagnet can be transformed into a Chern insulator by irradiating it with elliptically polarized light from a high-frequency photon beam. We further explore the intrinsic anomalous thermoelectric and thermal Hall effects in light-irradiated altermagnets. At low temperatures, the thermoelectric Hall coefficient exhibits a linear temperature dependence but vanishes within the energy gap between the conduction and valence bands near the $M$ point. However, it displays pronounced peaks and dips at the gap boundaries near both the $M$ and $Γ$ points, suggesting that thermoelectric Hall conductivity is a sensitive probe for these gapped regions. Similarly, the low-temperature thermal Hall coefficient, which also shows a linear temperature dependence, becomes quantized across the bandwidth, reflecting the underlying topological character of the light-induced Chern insulating phase. These results establish thermoelectric and thermal Hall transports as powerful signatures of topology in driven altermagnetic systems.

研究の動機と目的

• Floquet駆動下のアルテム磁性体における熱電・熱霍の応答の探究を促進する。
• 楕円偏光がDirac点でギャップを開き、非零ベリー曲率を生じさせ、チェーン絶縁体挙動を可能にすることを示す。
• Floquetエンジニアリング相における intrinsic Hall 応答を計算し、帯域構造と帯域幅とを結びつける。
• 輸送係数を低温極限でトポロジー的不変量（Chern数）と関連づける低温展開を提供する。
• 熱電および熱霍測定が帯域幅とトポロジー的性質を探る手がかりになり得ることを提案する。

提案手法

• 振動頻度が高く共鳴を避けたレジームでFloquet理論を用い、楕円偏光光照射下のd波アルテム磁性体の有効静的ハミルトニアンを導出する。
• 照射系のFloquetハミルトニアンとベリー曲率を得て格子モデルへ写像し、Chern数を計算する。
• 低温極限でのベリー曲率補正を含む半古典輸送に基づく intrinsic anomalous conductivities を導出する。
• Sommerfeld展開を適用して、sigma_xy_in、alpha_xy_in、kappa_xy_in の低温表現を得る。
• 輸送係数を普遍関係（Mott関係とWiedemann-Franz則）を通じてChern数とベリー曲率と関連づける。
• 光振幅によるトポロジー相転換を決定し、帯域の逆転が起こる臨界振幅を同定する。

Figure 1: Schematic illustration of intrinsic thermoelectric and thermal Hall effects in a d-wave altermagnet, with and without light irradiation. Here, $J_{e,y}^{in}$ , $J_{te,y}^{in}$ , and $J_{t,y}^{in}$ denote the intrinsic electric, thermoelectric, and thermal Hall current densities, respective

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 楕円偏光高周波光はd波アルテム磁性体をチェーン絶縁体に変換しうるか？
• RQ2 照射アルテム磁性体における intrinsic anomalous thermoelectric および thermal Hall 導電度は低温でどう振る舞うか？
• RQ3 Floquet駆動下でのこれら輸送応答を形づくるベリー曲率とChern数の役割は何か？
• RQ4 帯域幅とバンド端が熱電霍応答と熱霍量子化にどう影響するか？
• RQ5 光振幅の関数として検出可能なトポロジー相転換は存在するか？

主な発見

• 楕円偏光光照射によりアルテム磁性体のΓ点およびM点でギャップが開き、ギャップ相において総Chern数は|C|=1となる。
• 帯域逆転が起こる臨界光振幅が存在し、M点でトポロジー転換を引き起こす。
• T→0において、sigma_xy_in はChern数と結びつき、ギャップ領域では量子化を保つ一方、alpha_xy_in はギャップ内でゼロとなり、バンド端でピーク/ディップを示す。
• 熱電霍係数 alpha_xy_in は化学ポテンシャルに対するChern数の導関数に比例し、ベリー曲率効果を反映する。
• 熱霍係数 kappa_xy_in はギャップ領域で量子化し、系のトポロジー探査の指標となる。
• 帯域幅とギャップ端は Band edges near band edges and gaps の挙動を通じて alpha_xy_in によって探査できる。

Figure 2: Band structures [Eq. ( 37 )] of altermagnets in the absence ( $A_{0}\!=\!0$ ) and presence ( $A_{0}\!\neq\!0$ ) of optical irradiation. (a) $A_{0}\!=\!0$ , (b) $A_{0}\!=\!1.0$ nm -1 , (c) $A_{0}\!=\!A_{0}^{c}\simeq 1.4$ nm -1 , and (d) $A_{0}\!=\!1.8$ nm -1 . The conduction and valence ban