iNature反常霍尔效应（AHE）发生在时间反演对称性破缺的材料中，体现了磁有序与电子轨道运动之间的相互作用。在二维（2D）系统中，AHE与面内手性轨道运动相关的面外轨道磁化相耦合。在三维（3D）系统中，样品厚度远超过垂直相干输运长度，此时AHE实际上是其二维对应物在厚度上的平均，仍由面内轨道运动产生的面外轨道磁化主导。
2026年4月29日，南京大学王雷、于葛亮、上海科技大学刘健鹏、南方科技大学赵悦共同通讯在Nature在线发表题为“Transdimensional anomalous Hall effect in rhombohedral thin graphite”的研究论文。该研究报道了一种全新的反常霍尔效应。该效应无法用传统二维或三维框架解释，它同时涉及面内和面外的轨道磁化。研究团队将其命名为跨维度反常霍尔效应。电子在磁场下通过材料时，由于洛伦兹力的作用会沿弯曲轨迹运动，从而产生一个垂直于电流和磁场方向的霍尔电压。尽管普通霍尔效应需要外加磁场，但反常霍尔效应（AHE）即使在没有外加磁场的情况下也会出现，通常出现在时间反演对称性破缺的铁磁系统中。AHE可源于外在机制，如斜散射和侧跳；也可源于内在机制，即由动量空间中的贝里曲率驱动，这从根本上与导电电子的拓扑性质相关。在传统的磁性系统中，磁化通常同时来源于自旋自由度和轨道磁化。后者通过自旋-轨道耦合（SOC）来源于自旋与电子轨道运动的相互作用，这对于内在AHE是不可或缺的。这一情形适用于铁磁金属、铁磁半导体以及磁性拓扑材料。
与这种SOC驱动的场景不同，扭转的范德瓦尔斯体系最近展示了一种不同的AHE成因：它可能出现在库仑相互作用驱动的轨道铁磁态中，在缺乏SOC的情况下自发地破缺时间反演对称性。在这些SOC可忽略的体系中，已经观察到了整数量子反常霍尔效应（QAHE）和分数量子反常霍尔效应。然而，无论轨道磁化源于SOC还是库仑相互作用，目前所有观察到的AHE和QAHE都遵循一个正交规则：轨道磁化M、电流以及与霍尔电压相关的横向电场的方向必须相互垂直。 M∼J×EH。
AHE的维度透视和菱形九层石墨烯的基本表征（图源自Nature）
该研究报道了一种实验观测到的全新类型AHE，它在多层菱形石墨烯中同时耦合了面内和面外轨道磁化，表现为在面内和面外磁场下均出现显著的霍尔电阻回滞。这种状态源于一个奇特的金属相，该相由电子-电子相互作用驱动，自发地破缺了时间反演对称性、镜面对称性和旋转对称性。通过对3至15层的多个器件进行测量，该现象仅在2-5纳米的中间厚度范围内出现。理论计算表明，在此厚度窗口内，载流子能够在二维平面内和跨平面方向上维持相干的轨道运动。这些共同确定了一个介于2D和3D之间、此前未被探索的“跨维度”区域，在此区域中，样品厚度远大于原子间距但仍与相当，从而促成了这种新物态—跨维度反常霍尔效应（TDAHE）的出现。该发现指向了一类独特的AHE，为在跨维度体系中探索关联与拓扑物理开辟了新的模型。
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10471-1
