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源自杂质散射和拓扑自旋结构的反常霍尔效应综述报告
反常霍尔效应是一种非常重要的物理现象，它发现于1880年代，并且在之后的几十年里得到了精确的理论解释。反常霍尔效应可以用来研究杂质及其散射的影响和拓扑自旋结构的影响，因此在实验室和现代技术中被广泛应用。本篇综述报告将从反常霍尔效应的基础概念开始，逐步深入讨论杂质散射和拓扑自旋结构对反常霍尔效应的影响。
反常霍尔效应的基本概念
反常霍尔效应是电荷载体在外加磁场下产生的跨越电势差，其大小与电荷载体的密度、电荷和运动方式密切相关。当电荷载体受到垂直于电流方向的磁场B时，会受到洛伦兹力FL的作用，电荷载体在电势等值线上产生跨越电势差Ey。如果电荷载体流动在一个规则的晶格结构中，呈现宏观的周期性，并在磁场中形成宏观的海森堡-兰德尔模型，那么霍尔电阻RH应该是一个周期函数。通常情况下，RH按B的大小反向改变，这种反向变化称为反常霍尔效应。
杂质散射对反常霍尔效应的影响
当电荷载体在结晶体中运动时，通常会因为缺陷、晶界或杂质等因素而发生散射。在实验研究中，这种散射通常是由铁磁、非磁杂质或化学替换引起的。当这些杂质散射时，它们耗费了电荷载体的动量，因此会降低电荷载体的流动性能。因此，当电荷载体通过一个非均匀散射体系时，反常霍尔电阻RH也会改变。
对于铁磁性杂质，它们的散射是旋转对称性的破缺。这种散射导致电荷载体在磁场中不再沿晶体对称轴运动，而是更多地沿垂直于晶面的方向运动。因此，磁场引起的跨越电势差Ey平均值在铁磁性杂质散射体系中被压缩，因而导致反常霍尔电阻RH降低。对于非磁性杂质，其散射是旋转对称性的破缺。这种散射被认为是主要的来源之一。零场下的杂质散射通过拓展包结构的k空间被轻微地分裂或扭曲，导致电荷载体在磁场中斜向运动，这种运动会产生额外的跨越电势差Ey，并导致反常霍尔电阻RH的增加。
拓扑自旋结构对反常霍尔效应的影响
拓扑自旋结构是指材料中的电子的自旋和动量之间存在一个固定的耦合，从而形成一些拓扑物理学中的微观态。材料中的自旋轨道耦合（SOC）给出了自旋和动量之间的交叉作用，使材料中的自旋和动量成为一种复合粒子。在拓扑材料中，这种复合粒子可能出现于多个能级上。这意味着拓扑材料中的能带构型有可能发生变化，这种变化通常表现为反常霍尔效应。
常见的拓扑材料包括拓扑绝缘体和拓扑半金属。拓扑绝缘体是指一个材料，在这个材料中，唯一的金属状态是在表面上的，三维体积中没有金属状态。这种材料的电流主要沿着表面流动。对于拓扑半金属，电子仅在空间的某些方向上具有自旋和动量之间的耦合，并且有一定的磁性。由于这种耦合，拓扑半金属会表现出镜像轴的反常霍尔电阻。
总而言之，反常霍尔效应在杂质散射和拓扑自旋结构方面都具有非常丰富的物理学描述。对于杂质散射的情况，铁磁性或非磁性杂质的存在会影响反常霍尔电阻的大小和变化率。对于拓扑自旋结构的情况，镜像轴反常霍尔电阻和其它反常霍尔效应也可以被合理地描述。这些物理学描述已得到广泛应用，并在理论物理学和实验物理学领域中展现了广泛的应用前景。