筑波大学的一个研究小组发现，磁性材料中电子自旋的波动在相变过程中会引发巨大的异常霍尔效应，即所谓的“魔鬼阶梯磁变”。

研究人员观察到自旋波动的魔鬼阶梯引发的巨大异常霍尔效应

这一发现对于推动磁热电转换这一环保发电技术的发展至关重要，有可能导致开发出新的热电转换材料。这项研究发表在《npj量子材料》上。

这里先介绍一下背景知识：当电流在磁场中流过金属样品时，它会受到洛伦兹力的影响。这种力会产生垂直于磁场和电流的电压——这种现象称为霍尔效应。

在磁性金属中，一种类似的现象(称为异常霍尔效应)可能独立于外部磁场而发生，特别是在电子自旋排列整齐的铁磁材料中。一般来说，这种排列整齐(以及异常霍尔效应)仅在特定温度(称为磁转变温度)以下才会显现。高于此温度时，自旋会变得无序，导致异常霍尔效应几乎消失。

虽然理论上当自旋在外部磁场的作用下排列整齐时，异常霍尔效应可以在磁转变温度以上发生，但这种效应通常非常弱。

在这项研究中，研究人员在磁性材料SrCo6O11中观察到了超过磁转变温度时的较大异常霍尔效应，这种现象表现出一种独特的磁转变现象，被称为“自旋涨落魔鬼阶梯”。

值得注意的是，异常霍尔效应(或异常霍尔角)的幅度是磁性氧化物中最大的。研究表明，这种显著的影响可能源于传导电子的强烈散射，这是由于一种称为自旋翻转波动的特定类型的自旋波动造成的。

这种巨大的反常霍尔效应对于磁热电转换原理具有重要意义，这项研究的成果为该技术的材料设计提供了新的原理，可能对新型热电转换材料的开发产生重大影响。