新型半导体为反常霍尔效应提供新视角

东京理工大学材料科学家已经证明，在没有大规模磁有序的情况下，新型磁性半导体中存在大的、非常规的异常霍尔电阻，验证了最近的理论预测。他们的发现为反常霍尔效应提供了新的见解，这是一种以前与长程磁序相关的量子现象。

在电场和磁场的影响下移动时，带电粒子(如电子)可以以相互作用的方式表现。例如，当磁场垂直于载流导体的平面施加时，在其中流动的电子由于磁力而开始侧向偏离，很快，导体两端就会出现电压差。这种现象被称为“霍尔效应”。然而，霍尔效应并不一定需要摆弄磁铁。事实上，它可以在具有长程磁性有序的磁性材料中进行观察，例如铁磁体，是免费的!

这种现象被称为“反常霍尔效应”(AHE)，似乎是霍尔效应的近亲。然而，它的机制更复杂。目前，最被接受的是 AHE 是由电子能带的一种特性产生的，称为“贝里曲率”，这是由电子自旋与其在材料内部的运动之间的相互作用产生的，通常称为“自旋轨道”相互作用。”

AHE 是否需要磁性排序?最近的一项理论表明并非如此。“理论上已经提出，即使高于磁序消失的温度，大的 AHE 也是可能的，尤其是在载流子密度低、电子之间的交换相互作用强、自旋手性有限的磁性半导体中，这与自旋方向有关关于运动方向，”东京工业大学(东京工业大学)的内田正树副教授解释说，他的研究重点是凝聚态物理。

出于好奇，内田博士和他来自的合作者决定测试这个理论。在Science Advances 上发表的一项新研究中，他们研究了一种新的磁性半导体 EuAs 的磁特性，该 EuAs 仅具有特殊的扭曲三角形晶格结构，并在下方观察到反铁磁 (AFM) 行为(相邻电子自旋以相反方向排列) 23 K。此外，他们观察到，在存在外部磁场的情况下，材料的电阻会随着温度的升高而急剧下降，这种行为被称为“巨磁阻”(CMR)。然而，更有趣的是，甚至在 23 K 以上也观察到 CMR，在那里 AFM 阶数消失了。

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