Large anomalous Nernst effect at room temperature in a chiral antiferromagnet

Berry连接和曲率 能斯特效应 凝聚态物理 物理 铁磁性 磁化 反铁磁性 能斯特方程 Weyl半金属 热流 塞贝克系数 磁场 热电效应 热导率 半金属 量子力学 电极 几何相位 带隙
作者
Muhammad Ikhlas,Takahiro Tomita,Takashi Koretsune,Michi‐To Suzuki,Daisuke Nishio‐Hamane,Ryotaro Arita,Y. Otani,Satoru Nakatsuji
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:13 (11): 1085-1090 被引量:686
标识
DOI:10.1038/nphys4181
摘要

The anomalous Nernst effect is usually associated with ferromagnets — enabling a temperature gradient to generate a transverse electric field — but the Berry curvature associated with Weyl points can drive this phenomenon in chiral antiferromagnets. A temperature gradient in a ferromagnetic conductor can generate a transverse voltage drop perpendicular to both the magnetization and heat current. This anomalous Nernst effect has been considered to be proportional to the magnetization1,2,3,4,5,6,7, and thus observed only in ferromagnets. Theoretically, however, the anomalous Nernst effect provides a measure of the Berry curvature at the Fermi energy8,9, and so may be seen in magnets with no net magnetization. Here, we report the observation of a large anomalous Nernst effect in the chiral antiferromagnet Mn3Sn (ref. 10). Despite a very small magnetization ∼0.002?μB per Mn, the transverse Seebeck coefficient at zero magnetic field is ∼0.35?μV?K−1 at room temperature and reaches ∼0.6?μV?K−1 at 200?K, which is comparable to the maximum value known for a ferromagnetic metal. Our first-principles calculations reveal that this arises from a significantly enhanced Berry curvature associated with Weyl points near the Fermi energy11. As this effect is geometrically convenient for thermoelectric power generation—it enables a lateral configuration of modules to cover a heat source6—these observations suggest that a new class of thermoelectric materials could be developed that exploit topological magnets to fabricate efficient, densely integrated thermopiles.
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