反常霍尔效应(反常霍尔效应的研究进展)
霍尔效应是电子输运的最基本性质之一 。虽然反常霍尔效应早在1881年就被埃德温·霍尔发现，但其微观机制的建立却经历了一百多年的漫长过程 。本世纪初，牛倩等人的理论工作揭示了反常霍尔效应的内在机制与材料能带结构的Berry曲率有关，并得到了实验的广泛支持 。因此，反常霍尔效应已经成为凝聚态物理研究的重要手段 。近年来，反常霍尔效应是固态拓扑系统研究的热点之一 。
【反常霍尔效应研究取得进展 反常霍尔效应】然而，到目前为止，所有的实验结果基本上都是用单粒子图像下的输运理论来解释的 。理论上只有少数小组研究了电子-电子多体相互作用是否会影响反常霍尔电导 。20多年前，Wolfle等人通过理论计算指出，对于斜散射和侧跳两种非本征机制，电子-电子相互作用不会对反常霍尔电导造成任何量子修正，这与低温下电子-电子相互作用可以显著改变纵向电导率和电阻率的事实截然不同 。至于电子-电子相互作用能否改变本征机制下的异常霍尔电导，目前还没有理论结论 。
近日，中科院物理所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件重点实验室研究组(N08组)博士生、林超静，与极端条件重点实验室EX10组研究员石、易长江，北京大学物理所博士后等合作，在铁磁性半导体HgCr2Se4中，发现在两个数量级以上的温度范围内(0.02-2 K)，反常霍尔电阻和反常霍尔电导对温度的平方根(\(\sqrt{T}\)有明显的线性依赖关系，并且不能用现有理论解释 。研究小组还观察到，HgCr2Se4样品的纵向电阻率和正常霍尔电阻率也表现出\(\sqrt{T}\)的温度依赖性，但这两者可以通过Altshuler等人开发的电子-电子相互作用理论进行定量描述，这些特征和对高达15 T磁场中电子输运的进一步测量表明，在HgCr2Se4中观察到的极低温度下的巨大异常霍尔电导校正不可能来自弱局域化效应，电子-电子相互作用的贡献值得在理论上加以考虑 。
上述实验结果得益于这样一个事实，即在接近零的温度下，即使当载流子浓度低至1015-1018cm-3时，HgCr2Se4也能保持金属导电性 。因此，反常霍尔效应的研究可以扩展到一个传统铁磁金属或半导体无法达到的参数空 。这项工作的合作者是澳大利亚新南威尔士大学的教授迪米特里·卡尔瑟(Dimitrie Culcer) 。
相关实验工作近期发表在《物理评论快报》(S. Yang，Z. L. Li等，Physical Review Letters 123，096601 (2019)) 。本工作得到了科技部国家重点R&D计划、科技部国家基础研究计划、国家自然科学基金、中科院试点B类项目和国家博士后研究基金创新人才培养项目的支持 。
图一 。实验中使用的Hg的晶体结构图(A)和单晶照片(b，c) 。
图二 。HGCG2SE4中反常霍尔效应的反常温度依赖性 。(a)低温下纵向电阻率ρxx的温度依赖性；(b)纵向电导率σxx与\(\sqrt{T}\)成线性关系，其斜率不随磁场变化；(c)不同温度下的异常霍尔电阻率ρah；(4)纵向电阻率、正常霍尔电阻率和异常霍尔电阻率都表现出温度依赖性，但异常霍尔电阻率相对零温度值的变化率比前两者高两个数量级左右 。异常霍尔电导率的相对变化率具有类似的值 。
推荐阅读
- 科普：多米诺效应是什么意思 多米诺骨牌效应
- 什么是“马太效应”？ 马太效应是什么意思
- 质量效应仙女座艾拉登宝库解谜攻略
- 哈利波特霍格沃茨的秘密强力IP效应：上线24小时便登顶免费排行榜！[多图]
- 赛博朋克2077事出反常必有妖任务完成攻略,让您无可匹敌
- 多米诺骨牌效应前生今世 多米诺骨牌效应
- 消费心理学—棘轮效应 棘轮效应
- 投射效应：不要以父母之心度孩子之腹
- 《质量效应3》人物、单位及武器资料大百科推荐阅读
- 教育孩子，多用“期待效应”