客户成果丨中山大学于鹏团队《Nature Communications》：非中心对称铁磁体中的量子度规三阶非线性霍尔效应

中山大学于鹏团队在《Nature Communications》发表研究，首次在非中心对称铁磁体Fe?GeTe?中观察到由量子度规诱导的显著三阶非线性霍尔效应，室温下实现超高三阶电导率，为量子自旋电子学器件发展提供新方向。研究背景霍尔效应自1879年被发现以来，一直是凝聚态物理研究的核心课题之一。随着量子几何概念的引入，研究人员开始关注其在非线性霍尔效应中的作用。量子几何包括贝里曲率和量子度规，此前贝里曲率在非线性霍尔效应中的作用已被证实，但量子度规作为其实部，在非线性霍尔输运中的影响尚未被充分研究，尤其是室温下的高阶非线性霍尔效应。此前研究多集中于低温下的二阶效应，室温下三阶非线性霍尔效应的探索较少，该领域亟待突破。研究内容实验材料与现象：于鹏教授团队以非中心对称铁磁体Fe?GeTe?为研究对象，首次在该材料中观察到由量子度规诱导的显著三阶非线性霍尔效应，且在室温下表现突出。实验成果：通过精确控制材料的对称性，成功诱导异常电子运动，实验中观察到高达72 μm·S·V?2的超高三阶电导率，比以往基于贝里曲率的三阶非线性霍尔效应研究结果高出约十倍，显著提升了器件的三阶电流转换效率。理论依据：团队基于二阶量子度规偶极子的标度关系推导出三阶方程，为深入理解量子度规在非线性霍尔效应中的作用提供了理论支撑。研究意义理论层面：揭示了量子度规在铁磁体电子动力学中的重要作用，突破了以往研究的局限，将量子度规在非线性霍尔效应中的作用从低温拓展到室温，为深入理解量子几何在电子动力学中的作用提供了新视角。应用层面：为开发室温下低功耗的量子自旋电子学器件奠定了基础，有望推动相关技术在未来的实际应用中取得重大进展。未来基于Fe?GeTe?的量子自旋电子学器件有望在低功耗、高性能的电子设备中发挥重要作用，为信息技术的发展带来新的变革。研究方法与支持研究方法：该工作使用TuoTuo Technology的光电成像系统完成了材料的SHG性能测试，为材料结构对称性破缺的验证提供了直接证据。研究支持：该研究得到了国家基金委、广东省科技厅等项目的资助。论文信息相关研究成果以《Quantum metric third - order nonlinear Hall effect in a non - centrosymmetric ferromagnet》为题发表在《Nature Communications》上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467 - 025 - 63133 - 7 。