（anomalous Nernst effect，ANE）是一种横向的热电效应，即铁磁资料在受温度梯度影响时发生的一种与温度梯度方向和自发磁化方向相笔直的电势差。失常能斯特效应克服了正常能斯特效应需要在强磁场下才干完成的缺陷，而且所发生热电压方向与暖流方向彼此笔直。因而，基于此效应制造的热电模块具有，在热电器件运用方面具有共同的优势（图1a，图1b）。可是，怎么提高铁磁材猜中的失常能斯特效应一直是范畴难题。

　　图1 a) ANE 和塞贝克效应测验示意图， b) ANE微型热电转化设备演示图， c) FePt L10 有序相（顶部）和 Fe3Pt L12 有序相（底部）的晶体结构（Fe 原子为蓝色，Pt 原子为赤色。橙色箭头代表磁矩）， d) 和 e) 磁化强度 (M) 和 ANE 系数 Syx 在室温下随磁场 (μ0H) 的改变曲线。

　　中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心磁学国家要点试验室M03组沈保根院士团队长时间致力于新式永磁资料的探究研讨。近期，该团队的陈允忠研讨员、胡凤霞研讨员、孙继荣研讨员及博士研讨生李明航，博士后胡新哲等与怀柔研讨部HM-T03组吴泉生副研讨员，理论室T03组翁红明研讨员、博士研讨生皮涵琦以及先进资料试验室张庆华副研讨员等协作，对Fe-Pt系永磁薄膜中的失常能斯特效应进行了系统研讨。研讨标明，Fe3Pt 合金薄膜在室温下具有巨大的失常能斯特效应 （Syx ≈ 2 μV·K-1），约为Fe薄膜（Syx ≈ 2 μV·K-1）的10倍。此外，Fe3Pt 薄膜也具有较大的矫顽力（HC ≈ 1300 Oe）(图1e)，在无外磁场下的新式热电器件方面显现出巨大的运用潜力。

　　该研讨运用Pt 5d态与Fe 3d态之间存在的较强的共价杂化，以及较强的自旋-轨迹耦协效果，运用分子束外延技能（MBE）成长了Fe3Pt薄膜，并运用高分辩透射电子显微镜（STEM）对样品进行表征（图2），显现了Fe3Pt薄膜的高质量外延成长。别的，经过丈量Fe3Pt的ANE发现其失常能斯特系数Syx比较于FePt提高了近4倍（图1e）。

　　为进一步确认Fe3Pt中的ANE是来历于横向热电导率αyx的内禀性质仍是塞贝克/霍尔效应的外禀性质，对纵向电阻率（ρxx）、纵向热电势，即塞贝克系数（Sxx）和失常霍尔电阻率（ρyx）进行丈量。发现横向热电导率αyx在230K到达最大值4 A·K-1m-1并在室温时挨近饱满(图3e)。其数值大约是FePt薄膜的5倍（αyx≈0.8 A·K-1m-1），与从前所报导的Co2MnGa（αyx ≈ 4 A·K-1m-1）[A.Sakai et al, Nature Phys. 2018, 14, 1119]邻近，大于Fe3Al薄膜（αyx ≈ 3.8 A·K-1m-1)[A. Sakai et al. Nature, 2020, 581, 53] 和 Co3Sn2S2 （αyx ≈ 2 A·K-1m-1）[ S.N. Guin et al. Adv. Mater. 2019, 31, 1806622]。对电子结构和横向热电导率 αyx 进行了第一性原理核算，如图3a，b。发现Fe原子中的3d电子与Pt原子中5d电子之间的杂化与Fe3Pt中较强的SOC在费米面邻近的能带构成一系列能隙，然后引进巨大的贝瑞曲率（图3c）。这种巨大的贝瑞曲率被认为是较大ANE与横向热电导率的内禀来历。其理论核算的αyx随温度的改变曲线 a) 未引进SOC 的Fe3Pt 的能带结构，赤色与蓝色实线别离表明自旋多子与自旋少子。绿色圆圈与箭头别离表明高对称线与点上的简并态，b) 引进SOC后的能带结构，c) BZ费米面上的贝瑞曲率Ωxy(k)示意图，d) 理论核算得到的横向热电导率αyx，别离在20 K（赤色实线 K（橙色实线 K（绿色实线）下随化学势的改变曲线。黑色、蓝色和橙色虚线别离表明μ=E-EF=0 meV、-113 meV和563 meV对应的能量方位，e) 试验（菱形）和核算得到的αyx理论值（赤色曲线）随温度的改变曲线。

　　经过对从前作业的总结，发现在具有大ANE的铁磁材猜中，只要 Fe3Pt 展示出了巨大的矫顽力，如图4a所示。此外，与传统铁磁体进行比较，Fe3Pt中ANE系数随磁化强度的改变联系处于拓扑非平凡区域

　　图 4 a) 迄今研讨的具有大 ANE （Syx 1 μ V·K-1）的铁磁体的矫顽力 Hc 比照。赤色虚线代表磁条卡中运用的资料的矫顽力；b) 铁磁和反铁磁资料 ANE系数(Syx) 与磁化强度 (M) 联系图，黄色与蓝域别离表明传统铁磁资料和拓扑增强资料。

　　相关作业已宣布在Advanced Materials上，该作业还得到了安徽大学王守国教授在薄膜成长以及北京师范大学熊昌民副教授在热导率丈量等方面的协作支撑，并获基金委基础科学中心(52088101,12274436)以及科技部要点研制方案(2021YFA1400300, 2022YFA1403800)和中科院人才方案等项目的支撑。