你或許聽說過傳統的霍爾效應，它在很多設備里都發揮著重要作用，比如汽車速度傳感器、智能手機的運動探測器等。最近，科學家們又有了新發現，一種新型 “霍爾效應” 被找到了，它可能會給電子行業帶來巨大變革。

這次的研究是由科羅拉多州立大學的研究生盧克?韋爾納特和副教授陳華帶領團隊完成的，約翰斯?霍普金斯大學的研究生巴斯蒂安?普拉德納斯和奧列格?切爾尼紹夫教授也參與其中，研究成果發表在《物理評論快報》上。

在復雜的磁性材料 “非共線反鐵磁體” 中，研究人員發現了一種前所未有的 “霍爾效應”，還找到了與之相關的新屬性 ——“霍爾質量”。傳統的霍爾效應是 1879 年埃德溫?霍爾在約翰斯?霍普金斯大學發現的，當電流受到外部磁場作用時會發生偏轉，進而產生可測量的電壓。但這次的新型霍爾效應有點不一樣，主角不再是電荷，而是電子的自旋（一種微小的內稟角動量）。

我們常見的磁鐵，電子自旋方向要么平行要么反平行排列，但非共線反鐵磁體中電子的自旋方向各不相同，不過總體凈磁化強度為零。這種獨特的自旋結構讓霍爾效應有了新的表現形式，自旋電流可以橫著流動，而不只是電荷。

盧克?韋爾納特打了個比方：“就好像你朝一個方向推動自旋電流，結果另一個自旋電流卻橫著跑了起來，這就是這種新型霍爾效應的特點。” 之所以這種受 “霍爾質量” 支配的效應只在非共線反鐵磁體中出現，是因為這類材料描述自旋方向的自由度有三個，更加復雜，由此產生了三個分支的自旋波（自旋的集體振動），其中兩個分支在驅動力作用下會自然地橫向流動。在實驗中，研究人員可以通過兩種方法測量 “霍爾質量”：一種是從傳統鐵磁體向非共線反鐵磁體注入自旋波，然后檢測邊緣的自旋積累情況；另一種是利用散射技術（比如中子散射或 X 射線散射）追蹤低能自旋波譜。

自旋電流比電荷電流產生的熱量少很多，利用這一特性，有望徹底改變現代電子技術，“自旋電子學” 這一領域也因此發展迅速。像基于磁性的存儲設備（磁阻隨機存取存儲器，MRAM），利用自旋電流就能變得更節能，還不容易受外部磁場干擾導致數據損壞。傳統磁性材料存儲的數據可能會被雜散磁場抹去，但非共線反鐵磁體受這種干擾的影響小得多，在數據存儲和處理方面更安全。總的來說，這種新型霍爾效應及其相關 “霍爾質量” 的發現，為凝聚態物理研究開辟了新方向，也為自旋驅動的下一代技術發展提供了指引。

參考資料：DOI： 10.1103/PhysRevLett.134.016706