科技日報記者 張佳欣
由日本東京大學(xué)和美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團隊，在共線反鐵磁體中發(fā)現(xiàn)了異?；魻栃?yīng)。異?；魻栃?yīng)產(chǎn)生于非費米液體，電子在其中不會按照傳統(tǒng)模型相互作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了解釋異?；魻栃?yīng)的教科書理論框架，還拓寬了可用于信息技術(shù)的反鐵磁體范圍。研究成果18日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。
在傳統(tǒng)理論框架中，異?；魻栃?yīng)被視為鐵磁材料的“專利”。自旋是電子的固有屬性，通常被描述為“向上”或“向下”。在鐵磁體中，自旋朝同一方向排列，使材料磁化。這種磁化作用甚至可在沒有外部磁場的情況下產(chǎn)生與電流垂直的電壓，這就是異?；魻栃?yīng)。相比之下，反鐵磁體的自旋朝相反方向排列，從而有效抵消了磁化作用。因此，理論上，異?；魻栃?yīng)不會在反鐵磁體中出現(xiàn)。然而，事實并非如此。
此前已有科學(xué)家報告稱，在某一類共線反鐵磁體中出現(xiàn)了異?；魻栃?yīng)，但觀測到的信號極其微弱。因此，確定一種真正無磁化的異常霍爾效應(yīng)具有重要的科學(xué)和技術(shù)意義。
此次，研究人員使用了過渡金屬二硫化物（TMD）材料作為二維結(jié)構(gòu)單元。通過在原子層之間插入磁性離子，研究人員控制電子的運動和相互作用。這種經(jīng)過修改的三維結(jié)構(gòu)有可能展現(xiàn)出在二維狀態(tài)下不可能出現(xiàn)的新行為。
最終觀測結(jié)果顯示，該材料在寬溫區(qū)（含室溫）和強磁場環(huán)境下均呈現(xiàn)穩(wěn)定異?；魻栃?yīng)。這是首個實驗證據(jù)，證明科學(xué)家在共線反鐵磁體中觀測到異常霍爾效應(yīng)。
由于異?；魻栃?yīng)通常被認(rèn)為與磁化作用相伴而生，因此這一發(fā)現(xiàn)表明，背后可能存在遠超一般理解的因素。研究人員推測，材料獨特的電子能帶結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生巨大“虛擬磁場”，在無磁化狀態(tài)下增強了異?；魻栃?yīng)。
下一步，研究人員計劃通過實驗證據(jù)來證實這一假設(shè)，并利用拉曼光譜等技術(shù)開展一系列后續(xù)研究，以揭示其潛在機制。
