近日，复旦大学物理学系修发贤课题组与合作者在拓扑半金属TaIrTe4中发现了一种全新的本征输运响应-本征非线性平面霍尔效应，并揭示其来源于能带结构中贝里联络极化率偶极子的磁化系数。该效应可在室温下稳定存在，为研究量子几何和开发室温非线性电子器件开辟了新方向。2026年6月12日，相关成果以《TaIrTe4中的室温本征非线性平面霍尔效应》（Room-temperature intrinsic nonlinear planar Hall effect in TaIrTe4）为题在线发表于期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters 136, 236302 (2026)），并入选编辑推荐（Editors’ suggestion）。该项工作由复旦大学物理学系修发贤课题组、肖聪课题组、北京航空航天大学胜献雷课题组、上海科技大学柳仲楷课题组、上海硅酸盐研究所董绍明院士、杨金山研究员团队、香港理工大学杨声远课题组等单位合作完成。

本征输运响应是凝聚态物理研究中的核心问题之一，其完全由材料能带结构决定，而不依赖于杂质散射等外在因素，因此能够直接反映电子态的量子几何性质。其典型代表包括由贝里曲率引起的本征反常霍尔效应。近年来，人们进一步发现，在磁性体系中还存在电流对电场呈二次依赖关系的本征非线性霍尔效应，其与贝里联络极化率偶极子密切相关。

然而，在非磁性体系中，由于时间反演对称性的限制，普通的本征非线性霍尔效应被禁止。这引出了一个重要问题：非磁性材料中是否仍然能够存在新的本征非线性输运现象？理论研究预测，在面内磁场作用下，非磁性晶体中可以出现本征非线性平面霍尔效应。但此前这一现象尚未被实验观测到。

在本工作中，研究团队选择极性拓扑半金属TaIrTe4作为研究平台。TaIrTe4属于II型外尔半金属，具有丰富的小能隙和能带交叉区域，能够显著增强与量子几何相关的输运响应。实验结果表明，在面内磁场作用下，器件中出现了与磁场以及驱动电流的二次方线性相关的二阶霍尔电压信号，符合非线性平面霍尔效应的基本特征。进一步研究发现，该信号在改变磁场方向时表现出正弦依赖关系，其大小和符号可以通过磁场方向灵活调控。

为了揭示该效应的来源，研究团队结合ARPES实验和第一性原理计算，系统研究了其温度依赖关系。实验发现，该效应在300 K至100 K范围内始终稳定存在，并表现出与纵向电导率之间近乎线性的标度关系。这一行为明显不同于此前报道的由杂质散射主导的外禀非线性平面霍尔效应，表明其主要来源于能带的量子几何性质。而对TaIrTe4中的贝里联络极化率偶极子的磁化系数的计算显示，该本征响应主要来源于费米面附近的小能隙区域，且理论计算得到的响应大小与实验结果高度一致。这为实验中观测到的本征非线性平面霍尔效应提供了强有力的理论支持。

尤为重要的是，研究团队还揭示了一种此前未被报道的轨道磁矩效应。对比传统由自旋耦合主导的机制，轨道磁矩与外磁场之间的耦合在TaIrTe4的本征非线性平面霍尔效应中占据主导地位。该轨道机制甚至在弱自旋轨道耦合体系中也可能成立，意味着本征非线性平面霍尔效应有望在更广泛材料体系中实现。

图 1a，样品测量架构示意图。b-d，二倍频霍尔效应对磁场角度（b）、电流二次方（c）、磁场大小（d）的依赖关系。e，不同电流方向下，二倍频霍尔信号取到最大值时的磁场角度。f-g，理论计算得到的贝里联络极化率偶极子磁化系数在动量空间中的分布。

综上所述，该工作首次在实验上实现了室温本征非线性平面霍尔效应，并建立了其与贝里联络极化率偶极子的磁化系数之间的直接联系。这一发现不仅为研究量子几何提供了新的实验手段，也为极性与手性材料中的本征输运研究提供了新的思路。同时，该效应在射频信号整流、无线能量收集以及室温非线性电子器件等方向具有潜在应用前景。

该项研究工作得到了复旦大学物理学系、应用表面物理国家重点实验室、国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市基础研究特区计划项目的大力支持与资助。论文第一单位为复旦大学。复旦大学物理学系修发贤教授、肖聪教授、北京航空航天大学胜献雷教授、上海科技大学柳仲楷教授为通讯作者。修发贤课题组博士生蒋昶、北京航空航天大学博士生杨帆、上海科技大学博士生赵昱、上海硅酸盐研究所杨金山研究员为论文共同第一作者。

修发贤课题组主要从事拓扑材料的生长、量子调控以及新型低维原子晶体材料的器件研究。在拓扑狄拉克材料方面致力于新型量子材料的生长、物性测量以及量子器件的制备与表征。在新型低维原子晶体材料的器件方向主要研究其电学、磁学和光电特性。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/hbdj-2hgf

修发贤课题组网站：https://fxxiu.fudan.edu.cn/