Phonon Thermal Hall Effect in quartz and its absence in silica
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The observation of a misalignment between the applied heat flux and the measured temperature gradient in insulating solids induced by magnetic field has become a subject of experimental investigation, theoretical speculation, and unsettled controversy. To identify the origin of this phonon thermal Hall effect, we performed a comparative study of longitudinal and transverse heat transport in crystalline (quartz) and vitreous (silica) SiO$_2$ using identical experimental set-ups and thermometers. A finite signal was detected in the crystalline samples and none in the amorphous sample, within our resolution. The cleaner crystal exhibited a larger thermal Hall conductivity than the dirtier one, ruling out disorder as the driver of the effect. On the other hand, the amplitude of the transverse thermal resistivity is almost identical in the two crystalline samples (W$_{\perp}$/B$\approx 10^{-6}$ m.K.W$^{-1}$.T$^{-1}$). We show that in a phonon gas, as in a molecular gas displaying the Senftleben-Beenakker effect, heat is conducted through two channels, and argue that a thermal Hall response is unavoidable whenever these channels differ both in entropy production and in their coupling to the magnetic field. Under such conditions, the conserved energy current and the non-conserved entropy current cease to be parallel. Finally, the magnitude of the transverse thermal resistivity can be accounted for by a surprisingly simple picture. The heat flux induces a tiny drift velocity of the lattice nuclei, the magnetic field exerts a transverse Berry force on this drift, and this force is balanced by an entropic restoring force.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Phonon thermal Hall effect in quartz and its absence in silica
- Date Crossref
- 10/08/2026
- Éditeur
- Stichting SciPost
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Centre National de la Recherche Scientifique pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Université Paris Sciences et Lettres pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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High Magnetic Field Laboratory pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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National High Magnetic Field Laboratory pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Huazhong University of Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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PSL Université Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (CNRS) ESPCI Paris pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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School of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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