反常霍爾效應是最基本的電子輸運性質之一。其實反常霍爾效應早在1881年就被EdwinHall發覺，但其微觀機制的完善卻經歷了一百余年的漫長歷程。本世紀初，牛謙等人的理論工作闡明了反常霍爾效應的內稟機制與材料能帶結構的布里曲率有關，并得到了廣泛的實驗支持反常霍爾效應，反常霍爾效應也因而成為現今匯聚態化學研究的一個重要手段。在近些年來遭到廣泛關注的固態拓撲體系研究中，反常霍爾效應也是被研究的焦點之一。
但是，迄今為止所有的實驗結果都基本使用單粒子圖象下的輸運理論進行解釋。在理論上，僅有某些小組研究過電子和電子之間的多體互相作用是否會影響反常霍爾濁度。二十多年前，W？lfle等人通過理論估算強調，對于斜散射和邊跳這兩個非內稟機制，電子-電子互相作用不會對反常霍爾濁度形成任何量子修正，這與電子-電子互相作用能在高溫下明顯地改變橫向濁度率和內阻率迥然不同。至于內稟機制下電子-電子互相作用能夠改變反常霍爾濁度，理論上還沒有定論。
近來，中國科大學數學研究所/上海匯聚態化學國家研究中心納米化學與元件重點實驗室李永慶課題組（N08組）的博士生楊帥和林朝鏡（現為美國東京工業學院博士后），與極端條件重點實驗室EX10組的石友國研究員和博士生伊黃河，以及上海學院化學大學的博士后李治林等合作，在鐵磁半導體中發覺反常霍爾內阻和反常霍爾濁度在超過兩個數目級的氣溫范圍內(0.02-2K)對氣溫的平方根((sqrt{T}))具有顯著的線性依賴關系，但是不能用現有的理論解釋。研究團隊還觀察到樣品的橫向內阻率和正常霍爾內阻率也呈現出(sqrt{T})的氣溫依賴關系，但此兩者可用等人發展的電子-電子作用理論進行定量的描述。這種特點以及在高達15T磁場中的進一步電子輸運檢測表明，極高溫下在中觀察到的巨大反常霍爾濁度修正不太可能來始于弱局域化效應，電子-電子互相作用的貢獻值得在理論上進行深入考慮。
上述實驗結果的獲得受惠于接近零溫條件下在柵極含量低至1015--3時仍能保持金屬導電性反常霍爾效應，反常霍爾效應研究因而能被拓展到一個傳統鐵磁金屬或半導體難以達到的參數空間。本工作的合作者還有美國新南威爾士學院的院長。
相關實驗工作近日發表于S.Yang,Z.L.Lietal.,123,(2019)。該工作得到了科技部國家重點研制計劃、科技部國家基礎研究計劃、國家自然科學基金、中科院先導B類專項和國家博士后科研基金創新人才培養計劃的支持。
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圖1.的晶體結布光(a)及實驗中使用的單晶硅相片(b,c)
圖2.中反常霍爾效應的反常氣溫依賴關系。(a)高溫下橫向內阻率ρxx的氣溫依賴關系；(b)橫向濁度率σxx對(sqrt{T})具有線性依賴關系，其斜率不隨磁場變化；(c)不同水溫下的反常霍爾內阻率ρAH；(d)橫向內阻率、正常霍爾內阻率和反常霍爾內阻率都呈現(sqrt{T})型的氣溫依賴關系，但反常霍爾內阻率的相對零溫數值的變化率超過前三者約兩個數目級。反常霍爾濁度率的相對變化率具有相仿的數值。