这篇文档属于类型a，是一篇关于磁性Weyl半金属中贝里曲率增强的反常光能斯特效应的原创研究论文。以下为详细的学术报告内容：
作者及研究机构
本研究由Zipu Fan（北京大学量子材料科学中心）、Jinying Yang（中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心）、Yuchun Chen（北京大学）等共同完成，通讯作者为Dong Sun（北京大学）。合作单位包括南京师范大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、郑州大学等。论文发表于Advanced Functional Materials期刊，接收于2025年8月14日，修订于2025年12月7日。
学术背景
研究领域：拓扑量子材料与自旋电子学。
核心问题：反常能斯特效应（Anomalous Nernst Effect, ANE）是反常霍尔效应的热电对应现象，可在磁性或拓扑材料中无外磁场条件下产生，对基础物理（如贝里曲率表征）和能源收集、自旋电子学等应用具有重要意义。传统ANE测量需热源产生温度梯度，而光激发可替代热源实现局部温度梯度（即光能斯特效应，Photo-Nernst Effect）。然而，半导体中光生载流子易散射，金属中能斯特响应较弱，因此磁性Weyl半金属（WSM）成为理想研究对象，因其兼具磁性序和拓扑特性（如大贝里曲率），可能表现出显著的反常光能斯特效应（APNC）。
研究目标：在磁性Weyl半金属Co₃Sn₂S₂中观测零磁场下的APNC，揭示其与拓扑能带结构的关联，并探索低光子能量区域的增强效应。
研究流程与实验方法
样品制备与表征
- 研究对象：Co₃Sn₂S₂晶体（居里温度T_c≈177 K），具有Kagome晶格和铁磁序，Weyl节点距费米面仅60 meV。
- 器件制作：制备平面双电极器件（图1f），通过扫描光电流显微镜（SPCM）测量光电流分布（图1g）。
光电流测量与磁场调控
- 实验条件：
- 零磁场：在铁磁相（T < T_c）和顺磁相（T > T_c）对比测量。
- 外磁场：沿c轴施加磁场（0–5 T），研究磁化方向反转对光电流的影响。
- 关键发现：
- 铁磁相中，零磁场下观察到边缘光电流（图2a），其方向随磁化反转而反转，证实APNC起源。
- 顺磁相或无磁性WSM（如ZrTe₅）需外磁场诱导类似效应（图3d）。
波长依赖性研究
- 光子能量范围：532 nm（可见光）至8 μm（中红外）。
- 分析方法：通过Shockley-Ramo定理计算名义反常能斯特系数（图4b），发现低光子能量区域响应显著增强（图4c）。
理论模拟与机制验证
- 模拟方法：结合温度梯度模型和贝里曲率贡献（公式3），量化载流子非平衡态下的拓扑增强效应。
- 创新方法：首次通过SPCM实现磁性畴壁成像（支持信息S1），进一步验证APNC的磁性起源。
主要结果
零磁场APNC的观测
- 铁磁相中，边缘光电流响应强度随温度升高而减弱（图2d），与ANE系数的温度依赖性一致。
- 磁场依赖性显示滞后回线（矫顽场≈0.7 T），证实铁磁序的关键作用（图3b）。
拓扑增强效应
- 低光子能量（如8 μm）激发时，名义ANE系数比532 nm高约50%（图4b）。
- 理论表明：低能光子优先激发Weyl点附近载流子，其大贝里曲率显著增强ANE响应（图4c）。
长程光电流机制
- Co₃Sn₂S₂的金属性使局部APNC通过Shockley-Ramo定理转化为全局电流（公式1-2），区别于半导体的载流子扩散限制。
结论与意义
科学价值：
1. 首次在磁性Weyl半金属中实现零磁场APNC观测，揭示了光、磁性与拓扑序的相互作用。
2. 证实低能光子激发可选择性增强拓扑贡献，为调控热电转换效率提供新思路。
应用潜力：
1. 能源收集：APNC的零磁场特性简化了热电装置设计，无需热堆（n/p型材料组合）。
2. 自旋电子学：磁性畴壁成像（支持信息S1）可用于高密度存储器件开发。
研究亮点
- 方法创新：
- 结合SPCM与Shockley-Ramo定理，实现长程光电流检测。
- 多波长激发揭示非平衡态载流子的拓扑选择性。
- 材料特性：Co₃Sn₂S₂兼具铁磁序、高电导率和拓扑能带，是观测APNC的理想平台。
- 理论深度：通过贝里曲率修正的ANE系数（公式3）量化了瞬态过程的拓扑贡献。
其他价值
- 研究获中国国家重点研发计划（2021YFA1400100）和国家自然科学基金（62325401）支持，数据已公开于Figshare（10.6084/m9.figshare.30893594）。
- 合作团队包括红外物理国家重点实验室（SITP），为后续红外光电器件研究奠定基础。
（注：专业术语如“贝里曲率（Berry curvature）”“Shockley-Ramo定理”等在首次出现时标注英文原词。）