反常霍爾效應也是由霍爾發覺了。事實上,諸多帶霍爾的各類效應中(例如量子霍爾效應,熱霍爾效應,載流子霍爾效應,量子載流子霍爾效應等等),只有兩種效應是霍爾本人發覺的反常霍爾效應,那就是正常霍爾效應和反常霍爾效應。
化學學家埃德溫·霍爾
1879年,霍爾發覺,當給一塊導體加一個z方向的磁場反常霍爾效應,在x方向加一個電壓時,樣品縱向,即y方向便會形成一個電流,這個電流就是霍爾電流,對應的效應就是正常霍爾效應。僅僅三年以后,霍爾報導了對鐵磁性金屬(鐵)的霍爾效應研究結果,發覺鐵的霍爾效應比正常無磁金屬的霍爾效應大了十幾倍,這就是知名的反常霍爾效應。
金屬鎳的反常霍爾效應
這兩種效應,即正常霍爾效應和反常霍爾效應在數學學史上占有很重要的地位。我們就會正常霍爾效應很熟悉了,在小學階段就學過。當時我們可能意識不到它的重要性。從歷史上來看,正常霍爾效應首次說明了導體中的自旋是怎樣運動的。我們可以通過它便捷地得出導體內的自旋濃度。霍爾效應的發覺在某種程度上催生了半導體化學和固體電子學的發展。它被稱為是固體輸運實驗中的女王(Queen)。
但甚至霍爾本人也沒有想到,他發覺的反常霍爾效應直到經過了一百多年后的明天也沒有完全解釋清楚,要完全解釋反常霍爾效應,甚至要用到基于量子熱學的幾何拓撲概念,即貝利相位,或則貝利曲率的概念。
關于反常霍爾效應的一個公式如下,
它的左側兩項分別就是正常霍爾效應和反常霍爾效應的貢獻,其中正常霍爾效應與磁場直接相關,而反常霍爾效應則與材料的磁化硬度有關。
經過常年的研究,科學家們如今總結出了反常霍爾的三種機制:即和貝利相位相關的內在偏轉機制,和雜質相關的偏轉機制以及和載流子軌道耦合相關的非對稱散射機制。具體在研究中出現的反常霍爾效應究竟是屬于哪種機制,仍然是科研上爭辯的熱點。具體的研究工作有待進一步進行。