一种新的非线性反常霍尔效应

最近发表在《物理评论快报》上的论文，在实验和理论上发现了一种新的非线性反常霍尔效应，即轨道磁非线性反常霍尔效应，它是由电磁场对电子的贝里曲率的扰动引起的。这种效应在一种具有特殊晶格结构的铁磁材料Fe3Sn2中表现出来，它是一种拓扑Kagome磁体，具有非零的陈数和拓扑霍尔效应。

首先，我们要了解什么是反常霍尔效应。霍尔效应是指当一个电流通过一个垂直于电流方向的磁场时，会在垂直于电流和磁场方向的方向上产生一个电压，这个电压叫做霍尔电压，它的大小和磁场的强度成正比。这个效应可以用经典的洛伦兹力来解释，即磁场对运动的电荷施加一个垂直于电流和磁场方向的力，使电荷在这个方向上分离，形成一个电势差。这个效应在很多领域都有应用，比如测量磁场的强度，制造磁阻器件等。

但是，有一些材料，即使没有外加磁场，也会表现出霍尔效应，这就是反常霍尔效应。这种效应不能用经典的洛伦兹力来解释，而是要用量子力学的概念来理解。我们知道，电子不仅有电荷还有自旋，自旋可以看作是电子的内在磁矩，它可以和外部磁场或者其他电子的自旋相互作用，形成一个有效的磁场，这个磁场可以对电*产生一个霍尔效应，这就是反常霍尔效应的来源之一，叫做自旋反常霍尔效应。这种效应在一些铁磁材料中比较明显，因为它们的电子自旋有一个优先的取向，形成了一个较强的磁化强度。

除了自旋，电子还有另一个重要的属性，就是轨道。轨道是指电子在原子核周围的运动轨迹，它决定了电子的能级和波函数。电子的轨道也可以看作是一种磁矩，因为电子的运动相当于一个电流圈，它可以产生一个磁场，这个磁场可以和外部磁场或者其他电子的轨道相互作用，形成一个有效的磁场，这个磁场也可以对电*产生一个霍尔效应，这就是反常霍尔效应的来源之二，叫做轨道反常霍尔效应。这种效应在一些具有强烈的晶格畸变或者电子关联的材料中比较明显，因为它们的电子轨道有一个优先的取向，形成了一个较强的轨道磁矩。