河北
平面霍尔效应是一种桌面诊断工具，用于检测特殊量子性质，这在基础研究和技术应用中很有价值。或者人们曾一度这样认为，因为神户大学研究人员的仔细计算阐明了这种效应在经典材料中也可能出现的条件。这一发现让这种检测手段更有意义，也更有助于我们进行有针对性的设计。
在寻找对量子计算或自旋电子学有用的材料时，研究人员曾将“平面霍尔效应”用作桌面诊断工具：研究人员将电流通过一个薄而平的样品，并观察在磁场作用下是否产生电压，这个磁场与样品在同一平面内。
如果产生了电压，电压随样品平面内磁场旋转而变化的方式，能让研究人员了解材料的性质。
电压模式中的意外对称性
“在固态物理学中，由对称性支撑的优美定律总是成立。例如，在具有正方形对称性的晶体中，这种对称性通常也会反映在其物理响应中。但我们这次碰到的难题，情况有点不一样，”神户大学量子固态物理学家伏屋勇辉说道。
在某些材料中，当磁场旋转时，电压呈现的模式每 120 度重复一次。“换句话说，就算晶体本身没有三角形的对称性，它在磁场下的电响应，却可能呈现出三角形的对称效果，”伏屋解释道。
研究人员觉得，这暗示着这种材料可能带有不寻常的量子特性，因为这种模式，用经典模型来解释电子在晶体里的运动，根本说不通。
伏屋说：“这个例外现象挺有意思，一下子就把我吸引住了，所以我就想把它搞明白。”
重新审视和扩展经典理论
在《物理评论B》（Physical Review B）期刊上，神户大学的这位物理学家及其团队现在发现，简而言之，大家之前算得还不够深。他们把这个有70年历史的经典理论往更深里算了一下，结果发现，其实经典材料里也能出现三重对称性。
这样一来，物理学家就能用更准的工具去识别那些不寻常的量子性质了。该研究的第一作者山田彰义说：“以前觉得在磁场里很少见的反应，其实可能到处都有，所以这项研究算是个突破，把理论和实验里没注意到的地方给挖出来了。”
此外，神户大学的研究团队能够展示在何种条件下，传统材料中应出现这种特殊电压模式，以及为何在以往的传统材料实验中会出现这种现象。“关键在于排列方向：晶体-探针的取向决定了三重分量，这适用于多种材料，”研究人员在论文中写道。
对材料与器件的影响
山田补充道，“特别有意思的是，这种响应反映的是镜像对称性，而非更为罕见的旋转对称性。”这意味着，如果以特定的晶体取向制造，预计会有广泛的材料表现出三重对称性。
因此，这一新发现是助力而非阻碍。除了为研究人员提供更精确的分析工具外，它还告诉那些想用三重对称性的平面霍尔效应做磁传感器或其他设备的人，他们可以使用更广泛的材料类别，而不仅仅是奇异材料，以及如何生产这些材料，并指出哪些材料可能表现出最大的效应。
山田总结道：“这项研究表明，通过摸清电子流中隐藏的规律，就能从宏观电学测量中提取出微观晶体对称性和电子结构的信息。这是重要的一步，有助于在更可靠的测量和解读基础上，推动下一代先进材料的研究。”
延伸阅读： Akiyoshi Yamada 等人，《平面霍尔效应中三重对称性的经典输运理论》，《物理评论B》（2026年）。DOI: 10.1103/g4fg-j71x。见《arXiv》：DOI: 10.48550/arxiv.2601.13613
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