菱面体薄石墨中的“跨维度”反常霍尔效应

反常霍尔效应（AHE）是材料在时间反演对称性破缺时表现出的一种特殊电输运现象，传统上被认为源于电子轨道运动与磁序的相互作用。在二维材料中，AHE主要由面内手性轨道运动产生的垂直方向轨道磁化所驱动；而在三维块体材料中（厚度远大于电子垂直方向的相干输运长度l_z），AHE则可视为各层贡献沿厚度方向的平均，本质上仍是二维机制的延伸。本研究首次实验观测到一种根本不同的AHE：在菱面堆叠多层石墨烯中，该效应同时依赖于面内和垂直方向的轨道磁化，并通过面内与垂直磁场下均显著的霍尔电阻磁滞回线得到证实。这种新奇物态源自一种特殊的金属相，该相在电子-电子相互作用驱动下，自发破缺时间反演、镜面和旋转对称性。研究人员测试了3–15层的多个器件，发现该现象只在厚度为2–5纳米的中间区间稳定出现。理论计算表明，在此厚度窗口内，载流子既能维持二维平面内的相干轨道运动，也能实现跨层的相干轨道运动。这揭示了一个此前未被认知的‘跨维度’新物理区域——其厚度远大于原子间距，却又与相干长度l_z相当，既非纯二维也非传统三维。我们将其命名为‘跨维度反常霍尔效应’（TDAHE）。这一发现不仅定义了一类全新的AHE，更提供了一个前所未有的平台，用于研究跨维度尺度下的强关联电子行为与拓扑量子现象。