于鹏、杨国伟团队创制时空对称破缺材料，室温下首次实现量子度规三阶非线性霍尔效应

       在凝聚态物理领域，霍尔效应自1879年发现以来，始终是研究电子输运行为的重要课题。随着研究的不断深入，科学家相继发现了量子霍尔效应和量子反常霍尔效应等里程碑式现象，不仅深化了对电子微观行为的理解，也为新型电子器件的发展奠定了理论基础。近年来，量子几何概念的引入为非线性霍尔效应的研究开辟了新视角。量子几何由贝里曲率和量子度规两部分构成，其中贝里曲率在韦尔半金属的非线性霍尔效应中已被证实发挥关键作用，而作为其实部的量子度规在非线性输运过程中的影响，尤其是在室温条件下的高阶效应，仍缺乏系统研究。目前，相关探索多集中在低温环境下的二阶非线性响应，对三阶效应的研究尚处于起步阶段。

       针对上述问题，中山大学材料科学与工程学院于鹏教授、杨国伟教授团队首次在非中心对称铁磁体Fe5GeTe2中观察到由量子度规诱导的显著三阶非线性霍尔效应，该效应在室温下表现尤为突出，并展现出与电子自旋态密切相关的特性。通过精确调控材料对称性，研究团队成功诱导了异常电子运动，在实验中测得高达72 μm·S·V⁻²的三阶电导率，该数值较此前基于贝里曲率的三阶非线性霍尔效应结果提升约一个数量级，显著增强了器件的三阶电流转换效率。同时，团队基于二阶量子度规偶极子的标度关系，推导出适用于三阶响应的理论方程，为理解量子度规在非线性霍尔效应中的作用机制提供了理论支撑。

       该研究不仅揭示了量子度规在铁磁体电子动力学中的重要作用，还首次将量子度规相关的非线性霍尔效应从低温扩展至室温范畴，为低功耗量子自旋电子学器件的开发提供了可行路径。研究进一步表明，量子度规与非内在德鲁德散射之间存在复杂的耦合机制，且在不同温度区间呈现各异的主导行为，为深入理解量子几何在电子输运中的动力学角色提供了新的视角。未来，基于Fe5GeTe2的量子自旋电子学器件有望在高效能、低功耗电子设备中发挥关键作用，为信息技术的革新带来重要推动。

       相关成果以“Quantum metric third-order nonlinear Hall effect in a non-centrosymmetric ferromagnet”为题发表在国际期刊Nature Communications上（Nature Communications, 2025, 16, 7698），我院2024级博士研究生于昊为第一作者，通讯作者：于鹏教授。中山大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。杨国伟教授对本工作的完成给予了重要的指导。该研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63133-7

Fe5GeTe2中室温量子度规三阶非线性霍尔效应

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军