Quantum-metric-induced nonlinear transport in a topological antiferromagnet

Berry连接和曲率 物理 拓扑(电路) 量子 量子霍尔效应 凝聚态物理 非线性系统 公制(单位) 电子 量子力学 数学 运营管理 组合数学 经济
作者
Naizhou Wang,Daniel Kaplan,Zhaowei Zhang,Tobias Holder,Ning Cao,Aifeng Wang,Xiaoyuan Zhou,Feifei Zhou,Zhengzhi Jiang,Chusheng Zhang,Shihao Ru,Hongbing Cai,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Binghai Yan,Weibo Gao
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:621 (7979): 487-492 被引量:135
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06363-3
摘要

The Berry curvature and quantum metric are the imaginary part and real part, respectively, of the quantum geometric tensor which characterizes the topology of quantum states. The former is known to generate a zoo of important discoveries such as quantum Hall effect and anomalous Hall effect (AHE), while the consequences of the quantum metric have rarely been probed by transport. In this work, we observed quantum metric induced nonlinear transport, including both nonlinear AHE and diode-like nonreciprocal longitudinal response, in thin films of a topological antiferromagnet, MnBi$_2$Te$_4$. Our observation reveals that the transverse and longitudinal nonlinear conductivities reverse signs when reversing the antiferromagnetic order, diminish above the N\'eel temperature, and are insensitive to disorder scattering, thus verifying their origin in the band structure topology. They also flip signs between electron and hole-doped regions, in agreement with theoretical calculations. Our work provides a pathway to probe the quantum metric through nonlinear transport and to design magnetic nonlinear devices.
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