物理學的教科書可能要被改寫了！一個國際研究團隊日前宣布，他們在共線反鐵磁體中觀測到了反常霍爾效應 —— 而根據傳統理論，這種現象本應只存在于鐵磁體中。更令人驚訝的是，這一效應還源自一種非費米液體狀態，徹底打破了人們對量子材料的固有認知。

傳統認知被打破：反鐵磁體中竟出現反常霍爾效應

在物理學中，電子的自旋方向是關鍵：

• 鐵磁體中，電子自旋方向一致，產生凈磁化強度，這也是傳統理論認為反常霍爾效應的起源 —— 無需外加磁場，電流通過時會在垂直方向產生電壓。
• 反鐵磁體中，電子自旋方向相反，凈磁化強度為零。因此，學界長期認為這類材料不可能出現反常霍爾效應。

但東京大學的中辻悟（Satoru Nakatsuji）團隊與約翰斯?霍普金斯大學的科林?布羅霍爾姆（Collin Broholm）合作，利用過渡金屬二硫族化合物（）構建了三維結構材料，通過插入磁性離子調控電子行為。實驗發現，這種共線反鐵磁體在無外加磁場時，竟表現出顯著的反常霍爾效應，且信號強度遠超以往類似研究。

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非費米液體的神秘作用：電子行為顛覆傳統模型

更值得關注的是，這一效應并非來自傳統的費米液體狀態，而是源于非費米液體—— 其中電子間相互作用極強，行為完全偏離標準理論預測。研究人員推測，材料中獨特的電子能帶結構產生了一種 “虛擬磁場”，即使沒有凈磁化強度，也能驅動反常霍爾效應。

“這就像是在沒有磁鐵的地方發現了磁場效應，” 論文共同負責人傅明軒（Mingxuan Fu）解釋說，“我們需要重新審視電子自旋、能帶拓撲和強相互作用之間的關系。”

技術前景：開啟反鐵磁體應用新時代

這一發現不僅挑戰了基礎理論，更為未來技術開辟了新方向：

• 自旋電子學：反鐵磁體因抗干擾性強、開關速度快，被視為下一代存儲和計算設備的核心材料。此次發現表明，共線反鐵磁體無需磁化即可實現類似鐵磁體的效應，可能大幅簡化器件設計。
• 量子材料研究：非費米液體狀態下的反常霍爾效應，為探索高溫超導、量子相變等前沿領域提供了全新視角。

目前，團隊正通過拉曼光譜等技術進一步驗證理論模型，并探索更多具有類似特性的反鐵磁材料。中辻悟表示：“這可能只是冰山一角，我們正在重新定義磁學研究的邊界。”

參考資料：DOI： 10.1038/s41467-025-58476-0