科學家發現全新「霍爾效應」！將改寫電子元件未來

美國科羅拉多州立大學研究團隊在《物理評論快報》發表突破性發現，他們首度在「非共線反鐵磁體」中觀測到由自旋電流驅動的新型霍爾效應，這項發現可望催生更節能、更穩定的自旋電子元件。

由博士生Luke Wernert與華裔副教授Hua Chen領軍的團隊，與約翰霍普金斯大學學者合作，在複雜的磁性材料中發現了被命名為「霍爾質量」的全新物理特性。這項發現顛覆了187年來對霍爾效應的傳統認知——原本僅在電荷受磁場偏轉時產生的效應，現在發現自旋也能產生類似現象。

研究關鍵在於「非共線反鐵磁體」特殊的自旋排列方式。有別於一般磁體自旋平行或反平行的簡單排列，這類材料的自旋呈現三維空間中的複雜指向，卻仍保持零淨磁化。正是這種獨特結構，讓自旋電流能像電荷一樣產生橫向偏轉。

「想像推動自旋電流往某個方向流動，卻意外產生橫向的第二股自旋流——這就是新型霍爾效應的標誌特徵。」Wernert生動解釋。團隊發現，這種效應源自材料中描述自旋取向的三個自由度，使得自旋波（spin waves）會自然產生橫向分流。

在應用層面，這項突破將加速「自旋電子學」發展。相較傳統電子元件，自旋電流產生的熱損耗極低，搭配非共線反鐵磁體抗磁幹擾的特性，可打造更節能、資料儲存更穩定的記憶體（如MRAM）。現行磁儲存技術常因雜散磁場導致資料流失，新發現的材料將徹底解決這個痛點。

研究團隊已提出兩種實驗驗證方法：將傳統鐵磁體的自旋波注入非共線反鐵磁體，檢測邊緣的自旋累積；或利用中子/X射線散射技術追蹤低能自旋波譜。這項刊登在頂尖期刊的發現，不僅開拓凝聚態物理新領域，更將指引次世代自旋科技發展方向。