固体中的非互易输运（nonreciprocal transport）表示电流取相反方向时电阻不同，是整流和二极管等重要物理应用的基础。与传统半导体p-n结体系不同，在中心反演对称性破缺的均匀非磁性材料中施加磁场，便有可能产生非互易输运。这种非互易性源于电场二阶的非线性输运过程，是凝聚态输运领域近年来研究的重点之一。由于非线性效应通常不强，且传统非互易磁输运理论中磁场与电子以量子效应（Zeeman效应）耦合，不可能产生大的输运非互易性，大部分实验中获得的磁输运非互易性都很弱。这极大制约了非互易磁输运研究方向的发展。因此，近年来该方向最主要的研究动机之一即是寻找强非互易性的机制和材料。然而，由于多场耦合的复杂性，近年来该方向具有普遍性的理论进展不多，没有理论研究讨论什么样的输运机制可以给出原理上最强的磁输运非互易性。

       如果我们将这一现状与无外磁场的非线性非互易输运研究进行比较，就可以看出该方向的理论缺失有多大。在无外磁场的情形，理论和实验研究都表明，斜散射（skew scattering）机制在高迁移率样品中可以给出非常强的输运非互易性，且在高迁移率极限可以给出最强的非互易性。这一基本框架指导研究人员在具有长弛豫时间的电子体系中探索强非线性非互易输运，并在转角石墨烯体系中观测到了迄今最强的非互易效应。然而，在非互易磁输运中，在高迁移率情况起主导作用的物理效应是什么呢？这一基本问题还没有被研究过。因为缺乏理论理解的框架和建议，实验也没有专门探索高迁移率材料在非互易磁输运中的角色。

        针对这一基本的理论缺失，复旦大学理论物理与信息科学交叉中心肖聪助理教授与香港理工大学杨声远教授及大湾区大学黄月新助理教授组成的研究团队提出非互易磁输运的洛伦兹斜散射（Lorentz skew scattering, LSK）机制。在LSK中，磁场以洛伦兹力的方式与电子运动耦合，与量子斜散射效应结合（图1）。这一机制在非互易磁输运中的角色与无磁场非互易输运中斜散射机制的角色对应，给出高迁移率体系中主导的非互易性来源。该研究指出，若高迁移率系统费米面附近具有拓扑能带特征，如拓扑晶体绝缘体的表面态及外尔半金属体系，LSK机制会被进一步增强。在这样的模型系统中，研究团队比较了LSK机制与其它非互易磁输运机制（许多也是在该研究中第一次提出）的贡献，发现在高迁移率情况下LSK远大于其他贡献。这一发现表明，尽管多场耦合导致多种机制贡献非互易磁输运，但是高迁移率体系中主导的效应是LSK。利用LSK理论，研究团队指出高迁移率拓扑金属中非互易性相关的品质因数可以远高于目前低迁移率系统的实验值。这一理论建立了非互易磁输运理论框架中长期缺失的基本一环，为非互易磁输运研究的进一步发展、尤其是强非互易性实验体系的探索提供了新的方向。

       该理论研究还预言，在变温实验中LSK将展示出非互易磁输运实验里前所未见的四次方标度律，立即引起了相关领域内国际国内若干知名实验组的兴趣。其中，复旦大学沈健教授和何攀青年研究员领导的实验组在高迁移率转角石墨烯中报道了迄今最强的非互易磁输运（arXiv:2511.03381），实验信号与LSK机制的特征一致。新加坡南洋理工大学高炜博教授和西湖大学王乃舟助理教授的实验团队则在高迁移率 BiTeBr 中，在纵向和横向都观测到了与LSK机制一致的非互易磁输运（arXiv:2511.03273），并实验发现了样品迁移率增高时LSK物理的涌现。

        上述理论成果以“Lorentz skew scattering and giant nonreciprocal magneto-transport”为题，于2026年3月7日发表于国际顶级期刊Nature Communications（Nat Commun 17, 3632 (2026)）。复旦大学理论物理与信息科学交叉中心肖聪助理教授与香港理工大学杨声远教授及大湾区大学黄月新助理教授是文章的共同通讯作者。该研究工作得到了复旦大学、国家自然科学基金、大湾区大学、珠江人才计划及香港理工大学等资金的资助。

                  图1：a. LSK 机制的示意图。 b. LSK机制与费米面上贝里曲率有关，在拓扑金属中会被放大。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-026-70269-7