反常霍爾效應(yīng)是最基本的電子輸運(yùn)性質(zhì)之一。其實(shí)反?；魻栃?yīng)早在1881年就被EdwinHall發(fā)覺，但其微觀機(jī)制的完善卻經(jīng)歷了一百余年的漫長歷程。本世紀(jì)初，牛謙等人的理論工作闡明了反?；魻栃?yīng)的內(nèi)稟機(jī)制與材料能帶結(jié)構(gòu)的布里曲率有關(guān)，并得到了廣泛的實(shí)驗(yàn)支持反?；魻栃?yīng)，反?；魻栃?yīng)也因而成為現(xiàn)今匯聚態(tài)化學(xué)研究的一個(gè)重要手段。在近些年來遭到廣泛關(guān)注的固態(tài)拓?fù)潴w系研究中，反?；魻栃?yīng)也是被研究的焦點(diǎn)之一。
但是，迄今為止所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都基本使用單粒子圖象下的輸運(yùn)理論進(jìn)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(huì)影響反?；魻枬岫取６嗄昵埃琖？lfle等人通過理論估算強(qiáng)調(diào)，對(duì)于斜散射和邊跳這兩個(gè)非內(nèi)稟機(jī)制，電子-電子互相作用不會(huì)對(duì)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(nèi)阻率迥然不同。至于內(nèi)稟機(jī)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(xué)數(shù)學(xué)研究所/上海匯聚態(tài)化學(xué)國家研究中心納米化學(xué)與元件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李永慶課題組（N08組）的博士生楊帥和林朝鏡（現(xiàn)為美國東京工業(yè)學(xué)院博士后），與極端條件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室EX10組的石友國研究員和博士生伊黃河，以及上海學(xué)院化學(xué)大學(xué)的博士后李治林等合作，在鐵磁半導(dǎo)體中發(fā)覺反常霍爾內(nèi)阻和反?；魻枬岫仍诔^兩個(gè)數(shù)目級(jí)的氣溫范圍內(nèi)(0.02-2K)對(duì)氣溫的平方根((sqrt{T}))具有顯著的線性依賴關(guān)系，但是不能用現(xiàn)有的理論解釋。研究團(tuán)隊(duì)還觀察到樣品的橫向內(nèi)阻率和正常霍爾內(nèi)阻率也呈現(xiàn)出(sqrt{T})的氣溫依賴關(guān)系，但此兩者可用等人發(fā)展的電子-電子作用理論進(jìn)行定量的描述。這種特點(diǎn)以及在高達(dá)15T磁場(chǎng)中的進(jìn)一步電子輸運(yùn)檢測(cè)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(yīng)，電子-電子互相作用的貢獻(xiàn)值得在理論上進(jìn)行深入考慮。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獲得受惠于接近零溫條件下在柵極含量低至1015--3時(shí)仍能保持金屬導(dǎo)電性反常霍爾效應(yīng)，反常霍爾效應(yīng)研究因而能被拓展到一個(gè)傳統(tǒng)鐵磁金屬或半導(dǎo)體難以達(dá)到的參數(shù)空間。本工作的合作者還有美國新南威爾士學(xué)院的院長。
相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作近日發(fā)表于S.Yang,Z.L.Lietal.,123,(2019)。該工作得到了科技部國家重點(diǎn)研制計(jì)劃、科技部國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)B類專項(xiàng)和國家博士后科研基金創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃的支持。
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圖1.的晶體結(jié)布光(a)及實(shí)驗(yàn)中使用的單晶硅相片(b,c)
圖2.中反?；魻栃?yīng)的反常氣溫依賴關(guān)系。(a)高溫下橫向內(nèi)阻率ρxx的氣溫依賴關(guān)系；(b)橫向濁度率σxx對(duì)(sqrt{T})具有線性依賴關(guān)系，其斜率不隨磁場(chǎng)變化；(c)不同水溫下的反常霍爾內(nèi)阻率ρAH；(d)橫向內(nèi)阻率、正常霍爾內(nèi)阻率和反?；魻杻?nèi)阻率都呈現(xiàn)(sqrt{T})型的氣溫依賴關(guān)系，但反?；魻杻?nèi)阻率的相對(duì)零溫?cái)?shù)值的變化率超過前三者約兩個(gè)數(shù)目級(jí)。反?；魻枬岫嚷实南鄬?duì)變化率具有相仿的數(shù)值。