近日，复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院沈健/何攀研究团队在量子物理前沿领域取得重要突破。团队成功观测到巨大的非线性谷霍尔效应，并提出了全新的量子器件概念。相关成果以“Observation of giant nonlinear valley Hall effect”为题，在线发表于国际学术期刊《自然·物理》（Nature Physics）。
传统电子学中，载流子高密度传输伴随显著能耗与发热，成为芯片性能提升的核心瓶颈。为突破这一限制，科学家将目光投向“谷电子学”。在动量空间中，“谷”是电子的能量极值点，被视为一种新自由度。通过操控谷自由度传输信息，有望构建低能耗、高性能的新一代信息技术。其中，“谷霍尔效应”能令不同能谷的载流子横向反向偏转，在净电荷为零时产生纯谷流，犹如为信息传输开辟专用通道。
研究团队首次在实验中观测到理论预言的非线性谷霍尔效应。与传统线性响应不同，该效应呈现显著的二次方及高阶幂次关系。团队在石墨烯/六角氮化硼莫尔超晶格中，利用非局域电学谐波测量技术，探测到显著的非局域二次谐波电压信号。数据显示，信号与驱动电流呈二次方关系，并在狄拉克点附近发生符号反转。尤为重要的是，其响应强度在狄拉克点附近远超传统线性谷霍尔效应，实现了性能跨越式提升。
团队进一步揭示该效应源于新颖的零阶外禀机制，并成功观测到非线性逆谷霍尔效应。研究人员创造性提出“谷整流器”新器件概念。该器件可将交流电或电磁辐射高效转化为直流谷流，实现对微观量子态的精准调控。成果填补了非线性谷输运领域的实验空白，为开发更高效、可控的量子功能器件奠定了坚实基础。
复旦大学何攀青年研究员、博士生张敏以及香港理工大学博士后曹晋为共同第一作者。复旦大学何攀青年研究员、香港理工大学杨声远教授、复旦大学肖聪青年研究员及沈健教授为共同通讯作者。
论文链接：https://www.nature.
com/articles/s41567-026-03221-7
来源：微纳电子器件与量子计算机研究院
