共线反铁磁体首现反常霍尔效应

科技日报讯 （记者张佳欣）由日本东京大学和美国约翰斯·霍普金斯大学领导的国际研究团队，在共线反铁磁体中发现了反常霍尔效应。这一发现不仅挑战了解释反常霍尔效应的教科书理论框架，还拓宽了可用于信息技术的反铁磁体范围。研究成果近日发表在《自然·通讯》杂志上。

在传统理论框架中，反常霍尔效应被视为铁磁材料的“专利”。自旋是电子的固有属性，通常被描述为“向上”或“向下”。在铁磁体中，自旋朝同一方向排列，使材料磁化。这种磁化作用甚至可在没有外部磁场的情况下产生与电流垂直的电压，这就是反常霍尔效应。相比之下，反铁磁体的自旋朝相反方向排列，从而有效抵消了磁化作用。因此，理论上，反常霍尔效应不会在反铁磁体中出现。然而，事实并非如此。

此前已有科学家报告称，在某一类共线反铁磁体中出现了反常霍尔效应，但观测到的信号极其微弱。因此，确定一种真正无磁化的反常霍尔效应具有重要的科学和技术意义。

此次，研究人员使用了过渡金属二硫化物材料作为二维结构单元。通过在原子层之间插入磁性离子，研究人员控制电子的运动和相互作用。这种经过修改的三维结构有可能展现出在二维状态下不可能出现的新行为。

最终观测结果显示，该材料在宽温区（含室温）和强磁场环境下均呈现稳定反常霍尔效应。这是首个实验证据，证明科学家在共线反铁磁体中观测到反常霍尔效应。

反常霍尔效应通常被认为与磁化作用相伴而生，因此这一发现表明，背后可能存在远超一般理解的因素。研究人员推测，材料独特的电子能带结构可能产生巨大的“虚拟磁场”，在无磁化状态下增强了反常霍尔效应。

下一步，研究人员计划通过实验证据来证实这一假设，并利用拉曼光谱等技术开展一系列后续研究，以揭示其潜在机制。