NTU впервые экспериментально показал орбитальный эффект Нернста в структурах YIG/Pt/CuOx

Исследователи Национального университета Тайваня сообщили о первом экспериментальном свидетельстве орбитального эффекта Нернста: поперечного потока орбитального углового момента, вызванного градиентом температуры. Работа Li и соавторов опубликована в Nature Communications (2026) и доступна на nature.com; она основана на измерениях магнитотермоЭДС в гетероструктурах железо-иттриевый гранат (YIG)/Pt/CuOx nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Орбитальный эффект Холла, его электрический аналог, изучен подробно, но тепловой вариант до сих пор не удавалось подтвердить экспериментально. Спиновый эффект Нернста наблюдали в тяжёлых металлах, топологических изоляторах и сплавах, тогда как орбитальный эффект Нернста, который предсказан как более выраженный, оставался необнаруженным.

Устройство образца и измерение

Источником орбитального тока служила естественно окисленная медь (CuOx). Ранние работы показали, что она даёт заметные орбитальные токи при пренебрежимо малом спиновом токе, а орбитальная текстура в ней возникает из-за локальной гибридизации Cu-O, а не чётко очерченной границы. В эксперименте тепло течёт вдоль образца, и разность температур в плоскости приводит к накоплению орбитального углового момента на верхней и нижней поверхностях плёнки CuOx. Этот момент диффундирует в слой платины, где спин-орбитальное взаимодействие преобразует его в спиновый ток.

Магнитный изолятор YIG работает как затвор для этого спинового тока. Если спины параллельны намагниченности YIG, они отражаются обратно в Pt и создают дополнительное напряжение через обратный спиновый эффект Холла. Если спины перпендикулярны намагниченности, YIG их поглощает, и дополнительного напряжения нет nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Сравнение с контрольными структурами

Орбитальный и спиновый угловые моменты трудно различить, поскольку у них одна и та же геометрия детектирования, а тепловой поток сложнее контролировать и характеризовать, чем электрический ток. Чтобы разделить вклады, команда сравнила YIG/Pt/CuOx со структурами YIG/Pt и YIG/CuOx. По данным авторов, и магнитотермоЭДС, и магнитосопротивление в YIG/Pt/CuOx заметно возросли: первая из-за орбитального эффекта Нернста, второе из-за орбитального эффекта Холла в CuOx.

Авторы заявляют, что результат поддерживает орбитальную степень свободы как путь к сбору тепловой энергии и тепловому переносу орбитального углового момента в распространённых материалах.