手性磁体中的拓扑磁性结构因其非平庸的拓扑性质和涌现输运现象，是凝聚态物理领域极具研究价值的理想平台。其中，Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）所驱动的手性磁孤子晶格（CSL）体系，因其独特的准粒子特性和拓扑荷，成为探索非共线自旋构型的前沿方向。近年来，T1/3MS2（T = Cr, Mn; M = Nb, Ta）族层间插层化合物作为一维CSL宿主材料备受关注。其中Cr1/3NbS2已被广泛研究并作为最典型的CSL材料，国际团队在Cr1/3NbS2中报道了倾斜磁场下的巨大拓扑霍尔效应，并将其归因于CSL的非平庸拓扑自旋构型。而Mn1/3NbS2作为该家族的重要成员，由于较低的居里温度和相对较弱的DMI，其CSL特征和拓扑输运行为的系统研究此前仍较为匮乏。
近期，中山大学物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室刘新智副教授课题组在Mn1/3NbS2的拓扑输运性质研究中取得重要进展。通过高质量的单晶和结合中子散射、磁输运等多种手段，揭示了该材料的手性螺旋磁基态，确认了其作为手性磁孤子晶格的关键证据，同时首次在手性磁孤子晶格中观察到不同于传统机制的由热涨落驱动的拓扑霍尔效应（THE）。
图1 Mn1/3NbS2的结构表征与手性磁态示意图。 (a) 晶体结构；(b) 单晶XRD衍射图谱；(c) Laue衍射图样；(d)-(g) 手性螺旋磁态（CHM）、手性孤子晶格（CSL）、手性锥形相（CCP）和倾斜CSL（TCSL）的示意图。
课题组基于高质量Mn1/3NbS2单晶开展了系统的磁性和磁输运研究（图1）。通过小角中子散射测量，确认了Mn1/3NbS2的手性螺旋磁基态，测得其螺旋周期约为300 nm，远大于Cr1/3NbS2的48 nm，表明该体系中DMI相互作用较弱。另一方面，值得关注的是，课题组在纵向磁场（H ‖ c）的手性锥形相中，观测到了显著的拓扑霍尔效应（ρᵀxy ~ 70 nΩ·cm）（图2）。该THE与Cr1/3NbS2中的拓扑霍尔信号有显著差异，展现出强烈的温度依赖性，其幅值在30 K附近达到最大，且在居里温度附近出现正负号反转。其拓扑霍尔电导（~30 (Ω·cm)⁻¹）远大于Cr1/3NbS2（~6.5 (Ω·cm)⁻¹），尽管前者的DMI远弱于后者。
图2 Mn1/3NbS2的霍尔电阻与拓扑霍尔效应。 (a) 不同温度下的霍尔电阻ρxy；(b) 反常霍尔系数SH的温度无关性，表明AHE源自本征机制；(c) 分离得到的拓扑霍尔电阻率ρᵀxy；(d) 25 K时霍尔电阻各分量的分离示意图；(e) ρᵀxy的温度-磁场相图；(f) ρᵀxy随温度的线性依赖关系。
为了理解这一显著反常行为，通过详细的理论分析，课题组揭示了该THE的物理起源为涨落驱动机制，完全不同于Cr1/3NbS2中的倾斜磁孤子晶格（TCSL）机制。在理想静态手性锥形相中，标量自旋手性⟨χ⟩ = ⟨Sᵢ·(Sⱼ×Sₖ)⟩恒为零，预期不产生拓扑霍尔效应。然而，热激发磁振子在ab面内传播时引入有限的空间梯度，从而产生净标量自旋手性。更为独特的是，由于Mn1/3NbS2具有本征手性晶格（空间群P6₃22）和DMI相互作用，使得左旋、右旋两种手性磁振子能级不再简并，可打破相反手性磁振子的热布居平衡，产生净涌现拓扑场。这解释了THE在锥形相中的存在以及其强烈的温度依赖性。该研究确立了Mn1/3NbS2作为涨落驱动拓扑输运的独特平台，为理解强各向异性手性磁体中的涌现物理提供了新的视角，同时也为手性磁体的自旋电子器件应用提供了实验依据。
相关研究成果以“Observation of fluctuation driven topological Hall effect in the chiral magnet Mn1/3NbS2 with weak Dzyaloshinskii–Moriya interactions”为题发表于国际物理领域知名期刊《Physical Review B》[Phys. Rev. B 113, 214409 (2026)]。中山大学物理学院硕士生廖昊铖为论文第一作者，刘新智副教授为通讯作者。实验依托中山大学物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、中子科学与技术研究院的研究平台，部分实验在中国散裂中子源（CSNS）开展。上述工作得到了国家自然科学基金、广东省磁电物性基础学科研究中心（物理学）、广东省磁电物性分析与器件重点实验室等项目的支持。
