自旋电子学领域一个长期存在的谜团刚刚被撼动。一种名为"异常磁电阻"的奇特电效应几乎出现在科学家们观察的所有系统中——甚至在那些主流解释"自旋霍尔磁电阻"根本不应成立的系统中也不例外。如今,新的实验揭示了其更为简单的起源：电子在磁化和电场的共同作用下,于材料界面发生的散射方式。
随着更多实验的开展，研究人员注意到一些令人费解的现象。几乎所有磁性系统中都出现了UMR，甚至在那些不存在自旋霍尔材料的系统中也是如此。在一些SMR理论明显不适用的系统（例如，那些没有自旋霍尔效应的系统）中也检测到了这种效应。为了解决这些不一致性，科学家们提出了越来越多的与自旋电流或相关效应有关的替代解释。这些解释包括拉什巴-埃德尔斯坦磁电阻、自旋-轨道磁电阻、反常霍尔磁电阻、轨道霍尔磁电阻、晶体对称性磁电阻、轨道拉什巴-埃德尔斯坦磁电阻以及汉勒磁电阻。每一种解释都是为了说明在特定实验设置中观察到的"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礼军教授和香港中文大学的王向荣教授展示了清晰的实验证据，指出了普遍UMR的不同起源。他们的研究表明，这种效应源于电子在界面处的散射方式，而这种散射同时受界面处的磁化和电场控制。这个过程被称为二矢量磁电阻。关键在于，这种解释不依赖于自旋电流，从而消除了早期模型中发现的许多复杂性问题。
他们的实验揭示，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，并遵循一个普遍的和规则。所有这些观察结果都与二矢量磁电阻模型的预测非常吻合，无需调用基于自旋电流的机制。
重新解读数十年的实验数据
研究人员还对先前的研究进行了仔细的回顾。这项再分析表明，许多曾被归因于自旋霍尔磁电阻或其他自旋电流相关（甚至不相关）机制的有影响力的实验结果，都可以使用二矢量磁电阻框架得到一致的解释。此外，他们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，但却能被二矢量方法自然地解释。
对长期存在的理论的挑战
总之，这些结果对长期被接受的SMR理论构成了严峻挑战。它们为二矢量磁电阻模型提供了首个强有力的实验确认，并为UMR建立了一个单一、普遍的物理解释。通过这种方式，该工作为理解广泛自旋电子学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，题为"Physics Origin of Universal Unusual Magnetoresistance"（普遍非常规磁电阻的物理起源）。