摘要：近期，美国宾夕法尼亚州立大学Lujin Min，Zhiqiang Mao等团队携手关注不同材料和结构下的非对称输运现象。本研究通过系统的实验设计，验证了NRHE的存在，并进一步探讨了其在不同导体（如金（Au）和铌磷（NbP））中的传播特性。该成果发表在Natu

近期，美国宾夕法尼亚州立大学Lujin Min，Zhiqiang Mao等团队携手关注不同材料和结构下的非对称输运现象。本研究通过系统的实验设计，验证了NRHE的存在，并进一步探讨了其在不同导体（如金（Au）和铌磷（NbP））中的传播特性。该成果发表在Nature Materials上。

研究背景

随着非对称电流输运现象的不断探索，其在量子对称性研究及其潜在应用中引起了广泛关注。非对称电流输运，尤其是在非中心对称极性材料中的非对称输运，表现出不同于欧姆定律的特性，成为现代凝聚态物理领域的重要研究方向。非对称输运的核心概念是，在特定条件下，施加的电流和磁场可以导致电压的非线性响应，这种现象通常在低温条件下进行观察。

然而，现有研究大多集中在纵向非对称输运上，其非对称电阻通常仅为欧姆电阻的一小部分，使得该现象在直流输运测量中不易观察。因此，科学家们尝试通过交流输运测量来揭示非对称电流输运的特性。然而，现有的低温非线性霍尔效应（NLHE）研究多以材料的拓扑特性为基础，且往往未能在室温条件下显现出显著的非对称电压响应，这在实际应用中带来了局限性。

研究内容

为了解决这一问题，美国宾夕法尼亚州立大学Lujin Min，Zhiqiang Mao等团队携手关注不同材料和结构下的非对称输运现象。近年来，聚焦离子束（FIB）技术的进步为制备具有独特电学特性的微米尺度器件提供了可能。具体而言，研究者们采用FIB沉积铂（Pt）材料在硅基底上制备微型霍尔器件，并成功地观察到了横向非对称霍尔效应（NRHE）。这种现象的产生主要源于FIB沉积Pt结构中纹理化Pt纳米颗粒的几何不对称散射。相比于传统的NLHE，NRHE不仅在室温下表现出显著的非对称电压响应，还在横向方向上显现出二次电流-电压特性及发散的非对称性。

本研究通过系统的实验设计，验证了NRHE的存在，并进一步探讨了其在不同导体（如金（Au）和铌磷（NbP））中的传播特性。研究表明，NRHE可以通过霍尔电流注入传播到相邻的导体中，揭示了其在宽带频率混合、无线微波检测等应用中的潜力。此研究不仅验证了NRHE的概念，还为其在太赫兹通信、成像及能量收集等领域的实际应用打开了新的可能性，为非对称输运现象的深入理解提供了新的视角和理论基础。

图文导读

1. 实验首次观察到横向非互易霍尔效应（NRHE），并且发现该效应具有二次电流-电压特性和发散的非互易性。这一现象在聚焦离子束沉积的铂（Pt）微米级霍尔设备中被首次实现。

2. 通过聚焦离子束沉积（FIBD）技术制备的Pt电极，研究发现横向非互易霍尔效应来源于电极内纹理化Pt纳米粒子的几何不对称散射。该效应在室温下表现出显著的非互易性，远大于传统纵向非互易电阻。

3. 研究还表明，这种NRHE能够通过霍尔电流注入传递到相邻的导体（如Au和NbP），在这些导体中引起大幅异常霍尔角。这个发现表明NRHE不仅限于Pt材料本身，还能够影响到周围的材料系统。

4. 实验还展示了NRHE在宽带频率混频和无线微波检测中的潜力，为其在太赫兹通信、成像及能量收集领域的应用提供了新的思路。

5. 最后，尽管先前预测在Weyl半金属NbP中可能存在大规模的内在NLHE，研究结果表明，NbP样品中的NRHE实际上并非来源于NbP本身，而是通过FIBD-Pt电极的霍尔电流注入传递过来。

图1 | 聚焦离子束沉积focused-ion-beam-deposited，FIBD-铂Pt中的非互易霍尔效应non-reciprocal Hall effect，NRHE。

图2 | 非互易霍尔效应NRHE转移到NbP。

图3 | 从铂Pt转移的NbP中的较大非线性反常霍尔效应。

图4 | 聚焦离子束FIB-铂Pt中，非互易霍尔效应NRHE的可能机制，以及通过聚焦离子束FIB扫描方向操纵非互易性霍尔电压的极性。

图5 | 通过非互易霍尔效应NRHE的宽带混频。

科学启迪

强NRHE的实现意味着我们可以开发出更高效的电子器件，特别是在频率混合和无线信号检测等领域。通过实验，我们观察到FIBD-Pt能够实现宽带电子频率混合，这不仅展示了其优越的性能，还表明其在多频信号处理中的潜力。此外，利用FIBD-Pt的非线性霍尔特性，我们还可以设计出新型传感器，拓展其在微波频率检测方面的应用。

进一步的研究可以集中在优化材料的结构和性能，以提升其在实际应用中的表现。同时，这些发现为探索其他材料的非线性特性和应用提供了新的视角和思路。总的来说，FIBD-Pt的强NRHE及其带来的新功能为纳米电子学和材料科学的发展开辟了广阔的前景，为实现更智能、高效的电子设备奠定了基础。

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来源：Future远见