室温非互易霍尔效应或将推动未来技术发展

据宾夕法尼亚州立大学和麻省理工学院 (MIT) 研究人员联合领导的团队称，一种名为霍尔效应的古老物理现象揭示了一些新花样。他们在《自然材料》杂志上报告了他们的发现，并表示这些发现对理解量子材料的基本物理以及开发量子通信和通过无线电频率收集能量等应用技术具有潜在意义。

传统的霍尔效应仅在磁场存在的电导体或半导体中发生。它的特点是形成一个新电压，称为霍尔电压，该电压可以垂直于电流测量，并且与施加的电流成正比。

然而，新发现的非互易霍尔效应不需要磁场。该效应由宾夕法尼亚州立大学物理学、材料科学与工程和化学教授毛志强和麻省理工学院物理学教授傅亮领导的团队发现，该效应用霍尔电压和施加电流之间的关系来表示，可以用数学来描述：霍尔电压始终与电流的平方成正比。该团队在沉积在硅上的纹理铂纳米颗粒组成的微结构中发现了这一现象。

与由磁场感应力驱动的传统霍尔效应不同，非互易霍尔效应是由流动的传导电子(携带电荷的粒子)与纹理铂纳米粒子相互作用而产生的。

“在这项研究中，我们首次报告了室温下巨大的非互易霍尔效应，”毛教授解释道，纹理铂纳米颗粒的明显几何不对称散射使得这一观察成为可能。“我们还展示了这种效应在宽带频率混合和无线微波检测方面的潜在应用。这凸显了利用非互易霍尔器件进行太赫兹通信、成像和能量收集的巨大潜力。”

这项工作的关键在于了解电子在与材料中不对称粒子相互作用时如何不对称地散射。这一过程违反了欧姆定律，这是物理学家格奥尔格·欧姆于 1827 年提出的一条基本原理，该定律指出，通过导体的电流与施加的电压成正比。根据这条定律，在没有磁场的情况下，霍尔电压应该为零。然而，毛说，在零磁场下，纹理铂纳米颗粒中非互易霍尔电压与电流成二次方关系，这对这一原理提出了挑战。

毛教授表示，这一发现更加有趣，因为通常情况下，研究这些行为需要低于 280 华氏度的低温。然而，在这项研究中，沉积的铂纳米颗粒的非对称结构似乎即使在室温下也能产生非互易霍尔效应。毛教授表示，这项研究可能在量子整流(将交流电转换为直流电)和光电检测(从光中产生电信号)等技术中具有潜在应用。

“这一突破加深了我们对材料中电荷传输的理解，”毛教授强调，非互易霍尔效应在纹理铂纳米颗粒中存在的关键是不对称电子散射。“这种不对称性揭示了原本均匀的景观中存在的不均匀特征，正是在这些领域，我们最有可能发现新的见解。”