四川
论文信息：
Ivan Latella, Philippe Ben-Abdallah.Radiative Corbino effect in nonreciprocal many-body systems, arXiv:2410.20152
论文链接：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.20152
研究背景
由多个热辐射体组成的多体系统中的辐射热交换是一个新兴的研究领域，由它们的集体行为产生的独特效应驱动。在非互易多体系统中，麦克斯韦方程组中的时间逆对称性破缺导致了一类特殊现象，如平衡态系统中存在超流、热整流、磁光网络中的巨磁阻或光子热霍尔效应的存在。在本文中，我们证明了由分布在二维圆形几何中的磁光物体组成的多体系统，在与圆盘正交的外磁场作用下，坡印廷矢量在存在径向温度梯度的情况下是卷曲的。坡印廷场的这种扭曲诱导了与初级温度梯度方向横向的热通量，类似于电子学中的Corbino效应。
研究内容
为了说明这种效应，我们考虑图1中所描述的系统，该系统由N个半径为rp的球形粒子组成，这些粒子由磁光材料（特别是InSb）制成，排列在Corbino-like几何形状的磁盘上。每个粒子位于rj，当j = 1...N时温度为Tj，在圆盘上施加径向温度梯度，使内环中的粒子温度为TI，外环中的粒子温度为TO。这些粒子在它们之间以及与周围介质交换电磁能量，这些能量可以同化成温度为Tb的热浴，我们设Tb = TO，然后在垂直于圆盘的方向上施加大小为B的磁场。
图1，Corbino几何。在正交磁场B的作用下，圆盘状磁光粒子网络受到径向温度梯度的影响。内环和外环的粒子分别具有固定的温度TI和TO，而中间环的粒子则允许达到以平均温度TM为特征的稳态。
在图 2 中，我们显示了在存在和没有磁场的 Corbino 几何内部的 Poynting 矢量 ⟨ S tr(r) ⟩ 的平面内分量。当 B = 0 时，所有粒子都是各向同性的，系统是互反的。在这种情况下，如图 2(a) 所示，系统中不存在对称性破缺，因此不存在通过网络的切向通量。相反，当磁场垂直作用于磁盘时，粒子变得各向异性，系统的对称性被打破，如图 2(b) 所示。切向热通量诱导环流是单个粒子效应的推广。
图2，含InSb粒子平面内平均Poynting向量表征的辐射Corbino效应。(a)在没有磁场的情况下，能量通量呈径向趋势，遵循粒子的离散分布。(b)对于外加磁场，坡印亭矢量由于粒子的磁光响应而弯曲。粒子半径rp = 100 nm，内环粒子间距离s = 5rp，内外环温度TI = 350 K, TO = 300 K。
造成这种效应的对称性破坏如图3所示，其中我们表示在外磁场作用下两个粒子j和k之间的能量传输系数Tjk和Tkj。此外，从图中可以看出，当施加磁场时，透射系数的大小减小，表明粒子之间的能量交换减少。热光子携带的热通量的减少与系统内部热磁阻R(B)的发生直接相关。
图4(a)显示了前面考虑的几何布置下外圈PO(B)吸收的总功率。可以看出，PO(B)随着电场的增大而减小，R(B)也随之增大。此外，图4(B)中所示的R(B = 0)/R(B)关于B的大小的比值对于我们所考虑的不同温差几乎是恒定的，这与PO(B)是∆T的线性函数这一事实相一致，当∆T保持相对较小时。此外，磁电阻导致中间环的静止温度TM下降，如图4(c)和4(d)所示。有趣的是，当磁场在1 t左右发生变化时，这个温度会发生几度的变化。这些结果表明，这种柯尔比诺效应可以用来调节多体系统的内部温度，从而通过穿梭局部控制热交换，并通过将这些系统与热电器件耦合将热量转化为电流。
结论与展望
我们已经证明了由于热光子在磁光多体系统中的相互作用而产生的柯尔比诺效应的热模拟的存在。我们已经证明，在这些系统中，在外部磁场的作用下，坡印亭矢量在径向温度梯度的存在下是卷曲的。坡印廷场的这种扭曲引起了与初级温度梯度方向横向的热通量。除了具有热管理和能量转换的潜力外，这种效应可能会对系统的每个组件产生切向力，从而产生总扭矩。这为开发能够将局部热源转化为机械功的热棘轮提供了可能性。
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热辐射与微纳光子学
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