近日，北京理工大学物理学院姚裕贵教授团队基于电场对贝里曲率和能带结构的调控，提出霍尔效应的“电场版本”，即电霍尔效应和量子电霍尔效应。该团队通过对称性分析，明确了实现这些全新效应的对称性条件，发现该效应可以广泛存在于铁磁性、反铁磁性和交错磁性等二维材料体系中。此外，应用微扰理论和半经典输运方程，推导出内禀电霍尔电导率的解析表达式，明确指出内禀电霍尔效应来源于两种全新的几何量——贝里曲率极化与贝里曲率关于垂直电场的极化率。该工作以“Electric Hall Effect and Quantum Electric Hall Effect”为题发表于国际物理学顶级期刊《Physical Review Letters》。北京理工大学为该工作的唯一完成单位，张闰午特别研究员、余智明教授和姚裕贵教授为论文的共同通讯作者，博士生崔朝喜为论文的第一作者，博士生邱宇辉、韩依琳为论文的共同作者。该工作得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

霍尔效应是最基本的物理现象之一，也是诸多低功耗量子效应的理论基石。自发现以来，各种不同形式的霍尔效应——包括常规与平面、内禀与外在、线性与非线性等——不断被提出并得到深入研究。

在该领域中，姚裕贵教授团队长期开展系统性研究，取得了一系列重要突破：2004年，姚裕贵等人率先发展了反常霍尔电导率的第一性原理计算方法，定量研究了反常霍尔效应中基于贝里相的内禀机制，指出了内禀机制的重要性【PRL 92, 037204 (2004)】。该工作成功解决了长期悬而未决的科学难题——“内禀机制贡献在反常霍尔效应中是否重要”，颠覆了此前“外在机制占主导，内禀机制不重要”的传统认识，实质性地推动了该领域的迅速发展。2006年，姚等人进一步提出反常霍尔效应内禀与外在部分的分解方法，并给出反常霍尔效应中内禀电导率和磁化强度成线性关系的理论解释及定量计算方法【PRL 96, 037204 (2006)】，这一成果被广泛引用，并被收录于M. P. Marder的流行教科书《Condensed Matter Physics》。2023年，姚等人提出在一大类具有时空反演对称性的反铁磁体中可实现面内反常霍尔效应，并给出了其普适理论和可行的材料设计方案，进一步拓展了反常霍尔效应理论【PRL 130, 166702 (2023)】。此外，通过与实验团队合作，首次构筑出异维超晶格结构，发现了室温下显著的面内反常霍尔效应，与理论预测相符，该成果发表在《自然》【Nature 609, 46-51 (2022)】。

近日，姚裕贵教授团队在上述长期积累的基础上，又提出了一种全新的霍尔效应——电霍尔效应。该效应的创新之处在于，霍尔电流由垂直于平面的静态电场诱导，而非传统意义上的磁场，如图1所示。

姚裕贵教授团队在该研究工作中探索了二维磁性系统中的电霍尔效应。通过对称性分析，研究团队证明了内禀电霍尔效应可广泛存在于多种二维磁性材料中，包括铁磁、反铁磁和交错磁性体系。基于玻尔兹曼输运方程和微扰论，团队推导出了该效应的解析表达式，并揭示其与贝里曲率极化和极化率密切相关。理论表明，电霍尔效应在能带简并点附近以及窄带隙系统的能带边缘处尤为显著。研究进一步通过第一性原理计算，在单层Ca(FeN)2 中验证了电霍尔效应的存在，并在外尔点附近的费米能处获得了显著的电霍尔效应。此外，团队预言在合理电场下可在单层BaMn2S3中实现量子电霍尔效应，并指出通过反转电场可实现量子化霍尔电导的切换。该研究不仅提出了一种全新的霍尔效应机制，也为霍尔效应的产生与调控提供了一种高效且便捷的技术路径。

作为一种由电场诱导、无需依赖磁场或净磁矩的霍尔效应，电霍尔效应为电场强度的纯电学测量开辟了新的途径。鉴于霍尔效应传感器已在磁场检测技术中广泛应用，将成熟的霍尔传感技术与电霍尔效应相结合，有望发展出一类新型高效的电场探测方法，为电场传感器领域带来全新的应用前景。