近日，我院司良教授团队与中国科学技术大学等单位合作，在强关联电子氧化物异质结构的面内反常霍尔效应研究中取得重要进展。研究团队通过生长高质量外延CaRuO₃/La2/3Ca1/3MnO₃/CaRuO₃三层异质结，结合第一性原理计算，采用晶格对称性设计，实现了面内反常霍尔效应的实验观测与调控，利用离子液体栅压完成了大范围电学调控和可逆的“开启-关闭”切换。
反常霍尔效应是探究磁有序、拓扑电子态和自旋输运的重要手段。
在传统测量构型中，磁化、纵向电场与横向霍尔电流相互正交，因此薄膜中的霍尔信号通常只对面外磁化分量敏感，难以直接读取面内磁矩的翻转。
然而，昂萨格互易关系（Onsager reciprocal relations）并未要求三者必须始终正交。当时间反演对称性与特定镜面对称性同时破缺时，面内磁化同样可以产生横向霍尔响应，即面内反常霍尔效应。
受严格的对称性条件限制，此前该效应仅在少数材料体系中得到观测，其微观机制和有效调控手段仍有待深入研究。钙钛矿氧化物异质结构的氧八面体扭转、晶格对称性及磁各向异性均可通过界面工程灵活调控，为研究和操控面内反常霍尔效应提供了理想平台。
研究团队在NdGaO₃（110）衬底上构筑了CaRuO₃/La2/3Ca1/3MnO₃/CaRuO₃三层异质结构。不同于传统反常霍尔效应主要响应面外磁化，该异质结构中的面内磁化同样能够产生横向霍尔信号。
实验发现，当磁场沿面内易磁化轴施加时，反常霍尔信号呈现出清晰的方形滞回特征，并与面内磁化的翻转过程高度一致，实现了对面内磁性状态的直接电学读出。
结构表征和第一性原理计算进一步表明，界面处的氧八面体耦合使中间磁性层发生单斜型畸变，降低了体系的镜面对称性，并与面内单轴磁各向异性共同作用，最终激活面内反常霍尔效应。
CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3三层异质结构中的面内反常霍尔效应。（a）传统反常霍尔效应构型，（b）面内反常霍尔效应示意图，（c）异质结构中氧八面体结构示意图，（d-f）不同磁场方向下的磁化和反常霍尔电阻率曲线。
在实现面内反常霍尔效应的基础上，研究团队进一步采用离子液体栅压对其进行电学调控。
随着栅压升高，质子优先进入CaRuO₃层，削弱其氧八面体扭转，并通过界面耦合减小相邻磁性层的单斜型畸变，使面内反常霍尔信号逐渐减弱直至完全消失。
与此同时，材料的纵向电阻和矫顽场变化较小，表明霍尔信号的调控主要源于晶格对称性的改变，而非铁磁性的破坏。通过交替施加正、负栅压，研究团队还实现了面内反常霍尔效应的可逆“开启-关闭”切换，为发展可编程霍尔功能和新型自旋电子器件提供了新的材料平台。
该工作将界面对称性设计与离子调控相结合，在同一氧化物异质结构中实现了面内磁化的霍尔读出及其可逆电学开关。
相关策略有望推广至具有丰富晶格自由度的磁性异质结构和层状磁体，为研究低维磁序、非平庸自旋织构及其贝里曲率响应提供新的实验手段，也为平面器件中磁性状态的电学读出与可逆调控提供了新思路。
该成果以“Symmetry-engineered and electrically tunable in-plane anomalous Hall effect in oxide heterostructures”为题，发表于Nature子刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心戴坤杰（博士研究生）、中国科学技术大学物理系特任副研究员王臻、西北大学物理学院吴文丰（联合培养博士生）为论文共同第一作者。司良教授、吴文彬教授、王凌飞教授为共同通讯作者。中国科学技术大学博士生华恩达、西北大学物理学院刘楠等做出重要贡献。
该系列工作得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金、中科院基础研究领域青年团队项目、陕西省高层次人才计划青年项目、陕西省重点研发计划、安徽省自然科学基金等项目的支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-78350-x
