重大发现！科学家发现一种新型 “霍尔效应” ，或将颠覆电子行业

你或许听说过传统的霍尔效应，它在很多设备里都发挥着重要作用，比如汽车速度传感器、智能手机的运动探测器等。最近，科学家们又有了新发现，一种新型 “霍尔效应” 被找到了，它可能会给电子行业带来巨大变革。

这次的研究是由科罗拉多州立大学的研究生卢克・韦尔纳特和副教授陈华带领团队完成的，约翰斯・霍普金斯大学的研究生巴斯蒂安・普拉德纳斯和奥列格・切尔尼绍夫教授也参与其中，研究成果发表在《物理评论快报》上。

在复杂的磁性材料 “非共线反铁磁体” 中，研究人员发现了一种前所未有的 “霍尔效应”，还找到了与之相关的新属性 ——“霍尔质量”。传统的霍尔效应是 1879 年埃德温・霍尔在约翰斯・霍普金斯大学发现的，当电流受到外部磁场作用时会发生偏转，进而产生可测量的电压。但这次的新型霍尔效应有点不一样，主角不再是电荷，而是电子的自旋（一种微小的内禀角动量）。

我们常见的磁铁，电子自旋方向要么平行要么反平行排列，但非共线反铁磁体中电子的自旋方向各不相同，不过总体净磁化强度为零。这种独特的自旋结构让霍尔效应有了新的表现形式，自旋电流可以横着流动，而不只是电荷。

卢克・韦尔纳特打了个比方：“就好像你朝一个方向推动自旋电流，结果另一个自旋电流却横着跑了起来，这就是这种新型霍尔效应的特点。” 之所以这种受 “霍尔质量” 支配的效应只在非共线反铁磁体中出现，是因为这类材料描述自旋方向的自由度有三个，更加复杂，由此产生了三个分支的自旋波（自旋的集体振动），其中两个分支在驱动力作用下会自然地横向流动。在实验中，研究人员可以通过两种方法测量 “霍尔质量”：一种是从传统铁磁体向非共线反铁磁体注入自旋波，然后检测边缘的自旋积累情况；另一种是利用散射技术（比如中子散射或 X 射线散射）追踪低能自旋波谱。

自旋电流比电荷电流产生的热量少很多，利用这一特性，有望彻底改变现代电子技术，“自旋电子学” 这一领域也因此发展迅速。像基于磁性的存储设备（磁阻随机存取存储器，MRAM），利用自旋电流就能变得更节能，还不容易受外部磁场干扰导致数据损坏。传统磁性材料存储的数据可能会被杂散磁场抹去，但非共线反铁磁体受这种干扰的影响小得多，在数据存储和处理方面更安全。总的来说，这种新型霍尔效应及其相关 “霍尔质量” 的发现，为凝聚态物理研究开辟了新方向，也为自旋驱动的下一代技术发展提供了指引。

参考资料：DOI： 10.1103/PhysRevLett.134.016706