当科学家讨论材料时，习惯将它们清晰地分为“二维”和“三维”。在这两者之间，是否存在一个从未被探索过的维度呢？在国家自然科学基金（项目批准号：12525403、12550404、12174257）等资助下，科学家们给出了令人震撼的答案：存在，而且里面藏着一个全新的量子物态。

　　南京大学物理学院王雷教授团队及其合作者首次在二维与三维之间的跨维度区间，实验发现一种全新的电子关联物态，并观测到跨维度区间的反常霍尔效应，突破经典反常霍尔效应的物理框架，揭示了层间相干与电子强关联共同作用的新机制。这一发现不仅证实了一个全新物态领域的存在，更为人类探索量子材料的未知疆域打开了一扇新的大门。

　　相关成果以“Transdimensional anomalous Hall effect in rhombohedral thin graphite”为题，于2026年4月29日在线发表于《自然》（Nature）期刊，文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10471-1。

　　反常霍尔效应是凝聚态物理中表征磁性有序与电子轨道运动耦合的核心输运现象，其无需外磁场即可出现，标志体系自发破缺时间反演对称性。无论是传统磁性材料中的自旋轨道耦合机制，还是扭转石墨烯等莫尔体系中的强关联驱动机制，已报道的反常霍尔效应与量子反常霍尔效应均遵循同一范式：仅耦合面外轨道磁化，由平面内手性轨道运动产生，且磁化、电流与霍尔电场严格相互正交。

　　本研究从维度调控视角重新理解反常霍尔效应，以厚度 2–5 nm 的菱方堆垛石墨为研究体系。该材料具有近平坦低能能带与高态密度，可通过外加位移场调控范霍夫奇点与费米面结构，显著增强电子关联效应。团队对九层菱方石墨烯器件开展系统输运测试，绘制载流子浓度与位移场相图，在四分之一金属相、部分同位旋极化相之间发现一个特殊物态区域：该区域无常规舒布尼科夫–德哈斯振荡，在 13 T 强垂直磁场下仍不形成朗道能级，是电子强关联稳定的新型量子基态。 针对该基态的磁场依赖输运测量表明，其霍尔电阻在面内与面外磁场下均出现明显磁滞回线，证明该效应同时耦合面内与面外轨道磁化，打破传统正交图景。团队通过严格的角度校准与伪效应排除实验，确认该信号为材料内禀物理效应，将其命名为跨维度区间的反常霍尔效应。

　　系统的厚度对比实验与理论计算显示，该效应仅出现在2–5 nm 的中间厚度窗口：样品过薄则趋近二维极限，过厚则层间相干被破坏；唯有处于跨维度区间，电子可同时维持面内与层间垂直方向的相干轨道运动。理论计算进一步证实，电子强相互作用驱动体系形成特殊轨道铁磁金属态，自发产生面内与面外环路电流，分别对应面内、面外轨道磁化，共同诱发跨维度区间的反常霍尔效应。

　　该工作首次提出并实验证实跨维度电子输运新范式，将反常霍尔效应的研究从二维/三维二分框架拓展至全新的跨维度区间，为强关联物理、拓扑物态与低维量子输运研究开辟了新方向。

图 二维区间（左下角），三维区间（右下角）与跨维度区间（中间）的反常霍尔效应示意图