卡内基梅隆团队首次实验演示面内反常霍尔效应，颠覆百年物理学假设

9月4日消息，据ScienceDaily报道，卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）研究人员在《自然·材料》（Nature Materials）发表研究，识别出一种不寻常的磁响应，推翻了关于霍尔效应的一项百年长期假设。研究成果近日由大学发布。

霍尔效应自1879年由Edwin Hall发现以来，一直是研究材料电磁行为的基础原理：磁场垂直于通电材料时，运动电荷被推向一侧产生可测电压。该信号可揭示材料载流子的正负、数量与迁移率，霍尔传感器如今广泛应用于汽车到键盘的各类技术。

卡内基梅隆物理系量子材料、界面与器件实验室（LIQUID）团队首次实验演示了该效应的另一种形态：磁场平行于薄膜平面（in-plane）时同样可以产生霍尔响应。物理系副教授Simranjeet Singh表示：长期以来人们认为霍尔效应只在磁场垂直于薄膜平面时成立，研究表明并非如此。此前理论学界曾预言面内反常霍尔效应的存在，但一直无人成功实验演示——难点在于很难找到具有正确对称性且具备磁性的材料。

团队的解法是二维异质结工程：选取晶体结构具备所需对称性的碲化钽铱（TaIrTe4），将其减薄至仅几个原子层厚度，再与磁性层Cr2Ge2Te6（CGT）贴合。两层紧密相邻使CGT的磁性行为影响通常无磁性的TaIrTe4，赋予其磁性同时保留原有电子特性。在原子级薄器件中，研究人员同时探测到常规霍尔信号和与面内磁化相关的非常规信号。

这一发现证明与磁化绑定的霍尔响应可出现在多个方向，为研究凝聚态系统中的多维磁性和拓扑结构提供了新工具。应用前景方面，Singh指出该发现可实现新型平面器件架构和传感器类型，例如在同一器件中测量面外和面内反常霍尔信号实现矢量磁测量（vector magnetometry），应用于电子、交通和医学成像领域。 （来源：ScienceDaily）