一个简单发现撼动了自旋电子学的根基

随着更多实验的开展，研究人员注意到一个令人困惑的现象：普适反常磁电阻（UMR）几乎出现在所有磁性系统中，即便在没有自旋霍尔材料的情况下也是如此。在自旋霍尔磁电阻（SMR）理论明显不适用的系统中（例如那些没有自旋霍尔效应的系统），也检测到了这种效应。为解决这些矛盾，科学家们提出了越来越多与自旋电流或相关效应有关的替代解释，包括 Rashba-Edelstein 磁电阻、自旋轨道磁电阻、反常霍尔磁电阻、轨道霍尔磁电阻、晶体对称磁电阻、轨道 Rashba-Edelstein 磁电阻和 Hanle 磁电阻等，每种解释都旨在说明特定实验装置中观察到的“类 SMR”信号。

新的实验答案出现

最近，中国科学院半导体研究所的朱立军教授和香港中文大学的王向荣教授提供了明确的实验证据，指出了普适 UMR 的不同起源。他们的研究表明，这种效应源于电子在界面的散射方式，而这种散射受界面的磁化强度和电场共同控制。这一过程被称为双矢量磁电阻。关键的是，这种解释不依赖于自旋电流，从而消除了早期模型中的许多复杂性。

他们的实验显示，即使在单层磁性金属中也能出现非常大的 UMR 信号。他们还发现，这种效应包含高阶贡献，并且遵循普适求和规则。所有这些观察结果都与双矢量磁电阻模型的预测高度吻合，无需借助基于自旋电流的机制。

重新解读数十年的实验数据

研究人员还对以往的研究进行了仔细回顾。这种重新分析表明，许多曾经被归因于自旋霍尔磁电阻或其他与自旋电流相关甚至无关机制的有影响力的实验结果，都可以用双矢量磁电阻框架得到一致解释。此外，他们还强调了一些实验和理论发现，这些发现与基于自旋电流的磁电阻模型直接冲突，但用双矢量方法却能自然解释。

对长期理论的挑战

总之，这些结果对长期公认的 SMR 理论构成了严峻挑战。它们首次为双矢量磁电阻模型提供了强有力的实验证实，并为 UMR 建立了单一、普适的物理解释。通过这样做，这项工作为理解各种自旋电子系统中的磁电阻提供了一种更简单、更全面的方法。

这项研究最近发表在《国家科学评论》上，标题为《普适反常磁电阻的物理起源》。