[论文解读] 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 0

一句话总结

这篇论文证明了 d-wave 交错磁体在高频椭圆偏振光驱动下可以转变为 Chern 绝缘相，并分析了固有的异常热电效应与热霍尔响应，包括低温行为和拓扑特征的表现。

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.

研究动机与目标

• 在 Floquet 驱动下，激发对交错磁体中热电和热霍尔响应的探索动机。
• 显示椭圆偏振光在狄拉克点开隙并诱导非零贝里曲率，从而实现 Chern 绝缘行为。
• 在 Floquet 工程相中计算固有的霍尔响应并将其与带拓扑和带宽联系起来。
• 提供将输运系数与拓扑不变量（Chern 数）联系起来的低温展开式。
• 提出热电和热霍尔测量可以探测带宽和拓扑性质。

提出的方法

• 在高频非共振极限下使用 Floquet 理论推导椭圆偏振光作用下 d-wave 交错磁体的有效静态哈密顿量。
• 获得照射系统的 Floquet 哈密顿量与贝里曲率，将其映射到晶格模型以计算 Chern 数。
• 通过具有贝里曲率修正的半经典输运在低温极限推导固有的异常导电性。
• 应用 Sommerfeld 展开得到 sigma_xy_in、alpha_xy_in、kappa_xy_in 的低温表达式。
• 通过普适关系（Mott 关系和 Wiedemann-Franz 定律）将输运系数与 Chern 数和贝里曲率联系起来。
• 通过光强度确定拓扑相变并识别在某一临界振幅时发生带反转的情形。

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

实验结果

研究问题

• RQ1 椭圆偏振高频光是否可以将 d-wave 交错磁体转变为 Chern-绝缘体？
• RQ2 在照射的交错磁体中，低温下固有的异常热电和热霍尔导热率的行为是怎样的？
• RQ3 贝里曲率与 Chern 数在 Floquet 驱动下如何塑形这些输运响应？
• RQ4 带宽与带边如何影响驱动系统的热电霍尔响应和热霍尔量子化？
• RQ5 是否存在可检测的拓扑相变随光强度变化？

主要发现

• 用椭圆偏振光照射在交错磁体上在 Γ 和 M 处开启能隙，带隙相中的总 Chern 数 |C|=1。
• 存在一个临界光强，在 M 点通过带反转发生拓扑转变。
• 在 T→0 时，sigma_xy_in 与 Chern 数相关并在有隙区间保持量子化，而 alpha_xy_in 在带隙内消失，在带边界处出现峰值/谷值。
• 热电霍尔系数 alpha_xy_in 与化学势对 Chern 数的导数成正比，反映贝里曲率效应。
• 热霍尔系数 kappa_xy_in 在有隙区间量子化，作为系统的拓扑探针。
• 带宽和带边可以通过带边和带隙附近的 alpha_xy_in 的行为进行探测。

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