近日，深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院王健教授團(tuán)隊(duì)在物理學(xué)期刊Physical Review Letters發(fā)表了題為“Intrinsic Gyrotropic Magnetic Current from Zeeman Quantum Geometry[Phys. Rev. Lett.134, 116301 (2025)]”的理論研究成果，提出了一種新的塞曼量子幾何張量，并預(yù)言其可以在量子材料中誘導(dǎo)出新奇的旋磁電流效應(yīng)。

量子幾何是描述凝聚態(tài)物理中新奇物理現(xiàn)象的核心數(shù)學(xué)工具之一。量子幾何張量的虛部貝里曲率與實(shí)部量子度規(guī)，能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生各種線性與非線性霍爾電流響應(yīng)。例如，貝里曲率是內(nèi)稟線性反常霍爾效應(yīng)的微觀起源，量子度規(guī)對(duì)應(yīng)了內(nèi)稟線性位移電流；量子幾何的高階量，如貝里曲率偶極矩和量子度規(guī)偶極矩，分別能夠誘導(dǎo)外稟與內(nèi)稟的二階非線性霍爾效應(yīng)。當(dāng)前量子幾何研究的一個(gè)重要方向是探索超越傳統(tǒng)貝里曲率和量子度規(guī)的新型量子幾何結(jié)構(gòu)及其誘導(dǎo)的物理效應(yīng)。

傳統(tǒng)量子幾何的定義僅考慮了晶格動(dòng)量自由度。針對(duì)這一局限，王健教授團(tuán)隊(duì)將自旋自由度納入量子幾何的理論框架，首次提出了同時(shí)關(guān)聯(lián)動(dòng)量平移與自旋旋轉(zhuǎn)的新型量子幾何，即塞曼量子幾何張量，其虛部對(duì)應(yīng)塞曼貝里曲率，實(shí)部對(duì)應(yīng)塞曼量子度規(guī)。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)利用交變磁場(chǎng)調(diào)控材料中電子的自旋時(shí)，塞曼貝里曲率可以在自旋軌道耦合體系中誘導(dǎo)出內(nèi)稟的旋磁電流響應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)利用對(duì)稱性分析證明該效應(yīng)具有廣泛的材料適用性，并結(jié)合具體模型計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證(圖1)。論文還討論了內(nèi)稟旋磁電流的實(shí)驗(yàn)探測(cè)方案，為觀測(cè)塞曼量子幾何相關(guān)的新奇物理現(xiàn)象提供了可行路徑。

圖1 Rashba模型中塞曼幾何誘導(dǎo)的旋磁電流響應(yīng)

王健教授團(tuán)隊(duì)的助理教授向龍俊是論文的第一作者，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生賈進(jìn)雄是共同第一作者，王健為通訊作者，物理與光電工程學(xué)院教授許富明和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授喬振華參與了研究工作。深圳大學(xué)是論文的第一單位和通訊單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及深圳市高端人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.116301。