突破性發現！科學家揭開「反鐵磁體」中的異常霍爾效應之謎

一項由東京大學主導的國際研究團隊，在《自然通訊》期刊發表了顛覆傳統物理學認知的重大發現。研究人員首次在「共線反鐵磁體」中觀察到異常霍爾效應，這種現象過去被認為只會出現在鐵磁材料中。更令人驚奇的是，這種效應源自於「非費米液體」狀態，顯示電子行為完全偏離傳統理論模型。

簡單來說，電子具有稱為「自旋」的內在特性，可以想像成指向上或下的箭頭。在鐵磁材料中，這些自旋會朝同一方向排列，產生淨磁化。這種排列可能導致異常霍爾效應，即使沒有外加磁場，也會在垂直於電流的方向產生電壓。

反鐵磁體則相反，其自旋會以相反方向排列，相互抵消整體磁化。傳統理論認為，這類材料不應該出現異常霍爾效應。研究主導者中辻悟教授表示：「雖然過去曾有報告指出某些共線反鐵磁體會出現異常霍爾效應，但觀測到的訊號非常微弱。發現真正無需磁化就能產生的異常霍爾效應，具有廣泛的科學與技術意義。」

這項研究需要多個團隊的密切合作。傅明軒博士及其同事負責測量效應的實驗裝置，他們使用過渡金屬二硫屬化物（TMD）作為二維基礎材料。透過在原子層間插入磁性離子，研究人員得以控制電子的運動與相互作用。這種改良後的3D結構展現出2D材料無法實現的新行為，讓團隊能在各種溫度和磁場條件下測量異常霍爾效應。

傅博士指出：「研究過程中最具挑戰性的，是從觀測結果中建構出連貫的科學論述。每個步驟都需要謹慎解讀，特別是TMD系統中常見的結構紊亂。」

這項測量結果首次為共線反鐵磁體中的異常霍爾效應提供了強有力的實驗證據。由於異常霍爾效應通常被認為與磁化現象密不可分，這項發現暗示著背後可能存在超越現有理解的機制。研究人員推測，這種現象可能源自材料電子能帶的獨特結構，在沒有磁化的情況下產生強大的虛擬磁場，從而增強了異常霍爾效應。

中辻教授表示：「我們正在尋求實驗證據來驗證這個假設，並積極利用拉曼光譜等互補技術進行後續研究，以揭示其背後的運作機制。」這項突破性發現不僅挑戰了教科書對異常霍爾效應的解釋，更拓展了反鐵磁材料在未來資訊科技中的應用潛力。