近日，深圳大學物理與光電工程學院王健教授團隊在物理學期刊Physical Review Letters發(fā)表了題為“Intrinsic Gyrotropic Magnetic Current from Zeeman Quantum Geometry[Phys. Rev. Lett.134, 116301 (2025)]”的理論研究成果，提出了一種新的塞曼量子幾何張量，并預言其可以在量子材料中誘導出新奇的旋磁電流效應。

量子幾何是描述凝聚態(tài)物理中新奇物理現(xiàn)象的核心數(shù)學工具之一。量子幾何張量的虛部貝里曲率與實部量子度規(guī)，能夠誘導產(chǎn)生各種線性與非線性霍爾電流響應。例如，貝里曲率是內(nèi)稟線性反常霍爾效應的微觀起源，量子度規(guī)對應了內(nèi)稟線性位移電流；量子幾何的高階量，如貝里曲率偶極矩和量子度規(guī)偶極矩，分別能夠誘導外稟與內(nèi)稟的二階非線性霍爾效應。當前量子幾何研究的一個重要方向是探索超越傳統(tǒng)貝里曲率和量子度規(guī)的新型量子幾何結構及其誘導的物理效應。

傳統(tǒng)量子幾何的定義僅考慮了晶格動量自由度。針對這一局限，王健教授團隊將自旋自由度納入量子幾何的理論框架，首次提出了同時關聯(lián)動量平移與自旋旋轉(zhuǎn)的新型量子幾何，即塞曼量子幾何張量，其虛部對應塞曼貝里曲率，實部對應塞曼量子度規(guī)。進一步研究表明，當利用交變磁場調(diào)控材料中電子的自旋時，塞曼貝里曲率可以在自旋軌道耦合體系中誘導出內(nèi)稟的旋磁電流響應。研究團隊利用對稱性分析證明該效應具有廣泛的材料適用性，并結合具體模型計算進行了驗證(圖1)。論文還討論了內(nèi)稟旋磁電流的實驗探測方案，為觀測塞曼量子幾何相關的新奇物理現(xiàn)象提供了可行路徑。

圖1 Rashba模型中塞曼幾何誘導的旋磁電流響應

王健教授團隊的助理教授向龍俊是論文的第一作者，中國科學技術大學博士生賈進雄是共同第一作者，王健為通訊作者，物理與光電工程學院教授許富明和中國科學技術大學教授喬振華參與了研究工作。深圳大學是論文的第一單位和通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金項目以及深圳市高端人才科研啟動經(jīng)費的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.116301。