一、【科学背景】
反常霍尔效应是凝聚态物理领域长期关注的典型输运现象，能够直观反映材料内部磁有序与电子轨道行为 之间的耦合关系。与需要借助外磁场才能出现的普通霍尔效应不同，反常霍尔效应可在零磁场条件下发生，通常对应系统自发破缺时间反演对称性的量子态。正因如此，它不仅是研究拓扑电子态与磁性输运机制的重要探针，也在新一代低损耗电子器件中被寄予重要应用期望。随着整数与分数量子反常霍尔效应相继被实验证实，人们愈发意识到，反常霍尔物理是发现新型量子物态的重要突破口。
在传统磁性体系中，反常霍尔效应的产生普遍依赖自旋轨道耦合：电子的自旋磁矩通过这一相互作用改变轨道运动方式，进而形成轨道磁化并引发霍尔电压。近年来，以莫尔超晶格为代表的二维范德华体系则提供了另一种完全不同的物理图像：即便材料本身自旋轨道耦合极弱，强电子关联效应依然可以驱动轨道铁磁态出现，使系统自发破缺时间反演对称性并表现出反常霍尔行为。
尽管上述两类体系的物理来源截然不同，但已发现的所有反常霍尔效应与量子反常霍尔效应都遵循相同的基本规律：轨道磁化均由面内手性轨道运动诱导，方向始终垂直于材料平面，并且严格满足磁化、电流与霍尔电场三者相互垂直的正交关系。与此同时，现有理论与实验大多将反常霍尔效应限定在二维或三维的明确框架内，尚未关注介于两者之间、由层间相干与厚度共同决定的中间维度区域，也未发现能够同时耦合面内与面外磁化、突破传统正交限制的新型反常霍尔响应。
二、【创新成果】
南京大学王雷教授、上海科技大学刘健鹏副教授、南方科技大学赵悦副教授以及南京大学于葛亮教授携手首次在介于二维与三维之间的跨维度区间实验发现全新强关联量子物态，并观测到一类前所未有的跨维度反常霍尔效应。该效应不再局限于传统面外轨道磁化，而是同时与面内及面外轨道磁化耦合，在面内与面外磁场下均呈现出清晰的霍尔电阻磁滞回线，从根本上突破了经典反常霍尔效应中“磁化、电流与霍尔电场相互正交”的固有认知。研究证实，这一新物态由层间量子相干与强电子关联共同驱动，揭示了跨维度区间内独特的轨道磁性与拓扑输运机制，将人们对反常霍尔效应的理解从二维/三维二分框架拓展至全新维度领域。相关成果以“Transdimensional anomalous Hall effect in rhombohedral thin graphite”为题发表于国际顶级学术期刊《Nature》。
图1. 反常霍尔效应的维度视角与菱方堆垛九层石墨烯的基本表征 © 2026 Nature
图2. 导带中的相图与费米学特征 © 2026 Nature
图3. 具有独特面内轨道磁化与面外磁化的跨维度反常霍尔效应 © 2026 Nature
图4. 面内磁滞的温度依赖关系与哈特里-福克计算 © 2026 Nature
三、【科学启迪】
这项工作首次在实验上清晰揭示了一种完全区别于传统二维与三维输运极限、由材料有限厚度与电子层间相干输运长度共同界定的“跨维度”电子输运全新范式。它不仅在菱方多层石墨烯体系中发现并定义了一类全新的跨维度反常霍尔效应，更关键的是确凿证实了一种全新的轨道铁磁物态，该物态由强电子-电子关联、面内与面外协同的轨道环路电流以及层间量子相干三者共同作用而稳定存在。这一突破性进展，将学界对反常霍尔效应的物理图像与分类体系，从传统的二维/三维非此即彼的二分框架，拓展至介于二维与三维之间的跨维度全新区间，为多层石墨烯及更广泛范德华量子材料体系中强关联拓扑物理、轨道磁性与维度调控的研究打开了全新方向。
原文信息：Li, Q., Fan, H., Li, M. et al. Transdimensional anomalous Hall effect in rhombohedral thin graphite. Nature (2026).
