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物理系韩玉磊副教授与中国科学技术大学乔振华教授合作，在层霍尔效应研究中取得重要理论进展：提出了一种无需外加电场即可实现层霍尔效应的新机制，并论证了该效应在基于拓扑绝缘体薄膜的反铁磁异质结中具有普适性，这一发现显著拓展了层霍尔效应的实现范围。该研究结果于2025年6月13日发表在国际权威期刊《物理评论快报》上[Physical Review Letters134,236206(2025)]。
层霍尔效应是一种在磁性拓扑层状材料中观察到的新奇现象，其霍尔响应源于顶层和底层电子的反向运动。为了实现层霍尔效应，通常需要通过施加外电场来打破反铁磁拓扑体系中的时间-空间反演联合对称性。除电场调控方案外，探索新的物理实现机制及与现有实验技术兼容的层霍尔效应实现途径至关重要。在该工作中，研究人员提出了一种实现层霍尔效应的全新机制，即在无需外电场的情况下，通过在拓扑绝缘体薄膜的两个表面引入不等价的交换场来实现层霍尔效应。与电场诱导的层霍尔效应相比，该方法产生的霍尔响应具有显著差异，尤其在费米能级附近的表现更为突出。研究人员进一步以拓扑绝缘体Sb2Te3薄膜为例，证明了仅需将其顶面和底面与不同磁性绝缘体耦合即可诱导层霍尔效应的可行性，发现通过调控Sb2Te3与磁性层的堆叠序可分别实现内建电场诱导的层霍尔效应和不等价交换场诱导的层霍尔效应。鉴于拓扑绝缘体薄膜制备技术已较为成熟，该研究为无需外电场的层霍尔效应实现提供了一条可行路径。
在本工作中，韩玉磊副教授为论文的第一作者，韩玉磊副教授、中国科大的李泽宇博士与乔振华教授为论文的共同通信作者。
该工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福州大学“双一流”建设项目和“物理学科”专项支持。
论文链接：//doi.org/10.1103/tdx6-gnxz
（a）磁性/拓扑绝缘体异质结示意图；（b）参数空间的陈数相图；（c）-（h）层分辨/贝利曲率分辨的能带结构，三列分别表示轴子绝缘体态、电场诱导的以及不等价交换场诱导的层霍尔效应。
