东京理工大学材料科学家近日报告称，一种新型磁性半导体在没有大规模磁排序的情况下，其内部存在大规模的霍尔电阻异常。这一发现对反常霍尔效应，一种先前与长时间磁序有关的量子现象提供了新的认识。
在电场和磁场作用下，带电粒子运动时，会相互影响。当磁场与载流导体平面垂直时，由于磁力的作用，内部电子开始侧向偏移。导体的两端就会迅速产生电压差，这一现象叫做“霍尔效应”。
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但是，霍尔效应不一定要求改变磁体。实际上，它可以在铁磁体等长距离有序的磁性材料中直接观测到。这一现象叫做“反常霍尔效应”(AHE)，似乎与霍尔效应有密切关系，但其机理更为复杂。
对于AHE而言，磁性排序是否必要？由于好奇，内田博士和他在日本的合作者决定对这个理论进行检验。
科学家们研究了一种新型磁性半导体EuAs的磁特性，这种半导体只有一种奇异的扭曲三角格子结构，并且观察到23K以下的反铁磁行为(AFM)。另外，他们还观察到，当外磁场存在时，材料电阻会随着温度急剧下降，这一特性就是所谓的“巨大的磁电阻”，即CMR。更有意思的是，巨大的磁电阻甚至可以在23K温度以上被观察到，同时反铁磁行为的排序也会消失。
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更出人意料的是，霍尔电阻率随着温度上升，在温度为70K时达到峰值，远高于反铁磁行为排序温度。这说明在无磁排序条件下，同样可以实现较大的反常霍尔效应。为理解这一现象的原因，研究组进行了模型计算。研究表明，这一效应主要是由于自旋向三角格子中电子的倾斜散射所致，电子此时不流动，而是在原子间是跳跃的。
研究者们表示：“这些结果让我们更好地理解了磁固体中电子的奇特行为。这一新发现可以帮助阐明三角格状磁半导体，并开辟一个新的研究领域。”
这篇论文在《科学-进展》上发表，题为《三角晶格磁性半导体中高于有序温度的大反常霍尔效应》。
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