反常识！物理学家在反铁磁体中发现反常霍尔效应

物理学的教科书可能要被改写了！一个国际研究团队日前宣布，他们在共线反铁磁体中观测到了反常霍尔效应 —— 而根据传统理论，这种现象本应只存在于铁磁体中。更令人惊讶的是，这一效应还源自一种非费米液体状态，彻底打破了人们对量子材料的固有认知。

传统认知被打破：反铁磁体中竟出现反常霍尔效应

在物理学中，电子的自旋方向是关键：

• 铁磁体中，电子自旋方向一致，产生净磁化强度，这也是传统理论认为反常霍尔效应的起源 —— 无需外加磁场，电流通过时会在垂直方向产生电压。
• 反铁磁体中，电子自旋方向相反，净磁化强度为零。因此，学界长期认为这类材料不可能出现反常霍尔效应。

但东京大学的中辻悟（Satoru Nakatsuji）团队与约翰斯・霍普金斯大学的科林・布罗霍尔姆（Collin Broholm）合作，利用过渡金属二硫族化合物（）构建了三维结构材料，通过插入磁性离子调控电子行为。实验发现，这种共线反铁磁体在无外加磁场时，竟表现出显著的反常霍尔效应，且信号强度远超以往类似研究。

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非费米液体的神秘作用：电子行为颠覆传统模型

更值得关注的是，这一效应并非来自传统的费米液体状态，而是源于非费米液体—— 其中电子间相互作用极强，行为完全偏离标准理论预测。研究人员推测，材料中独特的电子能带结构产生了一种 “虚拟磁场”，即使没有净磁化强度，也能驱动反常霍尔效应。

“这就像是在没有磁铁的地方发现了磁场效应，” 论文共同负责人傅明轩（Mingxuan Fu）解释说，“我们需要重新审视电子自旋、能带拓扑和强相互作用之间的关系。”

技术前景：开启反铁磁体应用新时代

这一发现不仅挑战了基础理论，更为未来技术开辟了新方向：

• 自旋电子学：反铁磁体因抗干扰性强、开关速度快，被视为下一代存储和计算设备的核心材料。此次发现表明，共线反铁磁体无需磁化即可实现类似铁磁体的效应，可能大幅简化器件设计。
• 量子材料研究：非费米液体状态下的反常霍尔效应，为探索高温超导、量子相变等前沿领域提供了全新视角。

目前，团队正通过拉曼光谱等技术进一步验证理论模型，并探索更多具有类似特性的反铁磁材料。中辻悟表示：“这可能只是冰山一角，我们正在重新定义磁学研究的边界。”

参考资料：DOI： 10.1038/s41467-025-58476-0