【科学综述】卡耐基梅隆大学高阳博士：贝利相与非线性输运

原创高阳蔻享学术 2022-07-02

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Implication of Berry Phase in Nonlinear Transport Phenomena

背景介绍

由M. Berry提出的Berry相的概念在物理学上具有深远的意义。Berry相的概念从最早提出到现在已35年，在科学家们的共同努力下，已经成功运用到对凝聚态体系的理解中。最著名的例子之一是反常霍尔效应。

反常霍尔效应的核心是Berry曲率的概念，即在动量空间中单位面积上的Berry相。它的积分得到Chern数，可以用来对物质进行拓扑分类。此外，它还可用于研究铁磁材料中的光学输运现象。Berry曲率也是磁场在动量空间中的类比。因此，Berry曲率的源是磁单极子的动量空间模拟，这可以通过Weyl/Dirac点实现，从而导致独特的磁阻行为。

近年来人们认识到，除了线性输运现象外，几何量也是理解各种非线性输运现象的必要条件。例如，在非中心对称材料中，二次谐波的产生和非线性反常霍尔效应的存在主要是由动量空间中Berry曲率的偶极矩决定的。由于量子化的Berry曲率偶极矩，Weyl半金属可以具有量子化的圆偏振光电流。Berry相和Berry连接有助于在Weyl半金属中发现大光伏效应。自然光活性和方向二向色性这两种空间色散现象分别依赖于轨道磁矩和量子度规张量的偶极矩。

文章导读

《低温物理学报》2019年第4期特邀综述栏目刊登了卡耐基梅隆大学物理系高阳博士的文章，文中介绍了在非线性输运现象中的电子几何性质作用的相关研究。研究电子在布里渊区的几何性质，可以大大加深对各种非线性输运现象的认识，并对如何从材料控制上调节非线性现象的强度提供有价值的研究视角和指导原则。基于此背景，本文试图引入研究输运现象的半经典理论框架，并在几种输运现象中举例说明贝利相的作用。

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作者介绍

高阳，本科毕业于北京大学，博士毕业于美国德州大学奥斯汀分校，博士生导师为牛谦教授。2016年9月加入卡耐基梅隆大学肖笛教授组做博士后至今。主要从事静场和光场下非线性输运现象的研究。在非线性反常霍尔效应，方向光活性，非共线反铁磁的序参量等研究方向上取得一定成果。在国际重要学术期刊上已发表论文12篇，其中第一作者或共同第一作者文章9篇，包括Nature 1篇，Physical Review Letters 2篇，PNAS 1篇。同时担任Nature Communications, Physical Review Letters, Physical Review X等重要杂志审稿人。