Аномальный эффект Холла замечен там, где его не должно быть

Ученые впервые экспериментально доказали существование аномального эффекта Холла в материале, который, как считалось, не может его проявлять. Это открытие нарушает классические представления о магнетизме и открывает перспективы для новых технологий хранения и обработки информации.

Ученые зафиксировали неожиданное квантовое явление в материале, где его не должно было быть

Источник: Scitechdaily.com

Аномальный эффект Холла — это явление, при котором в материале возникает поперечное напряжение, даже если на него не действует внешнее магнитное поле. Обычно его связывают с ферромагнетиками — материалами, в которых все спины электронов выстроены в одном направлении, создавая намагниченность.

Однако в антиферромагнетиках спины направлены строго противоположно и взаимно компенсируются, так что общая намагниченность отсутствует — поэтому долгое время считалось, что аномальный эффект Холла здесь невозможен.

Исследователи из Токийского университета и университета Джонса Хопкинса зафиксировали этот эффект в коллинеарном антиферромагнетике — материале, где противоположно направленные спины строго выровнены по одной оси. Причем он оказался неожиданно выраженным.

Материалом для экспериментов послужили дихалькогениды переходных металлов — кристаллы, которые можно собирать слой за слоем. Исследователи вставляли магнитные ионы между атомными слоями и контролировали движение и взаимодействие электронов. В результате получилась сложная трехмерная структура, в которой электроны вели себя совсем не так, как описывает классическая теория.

Открытие ставит под сомнение хрестоматийные представления о магнетизме — и может изменить будущее электроники

Источник: Unsplash

Измерения показали, что даже без общей намагниченности в этом материале возникает сильный аномальный эффект Холла. Это означает, что причиной эффекта может быть не магнетизм как таковой, а более глубокие свойства структуры электронов в материале — например, возникающее в нем «виртуальное магнитное поле» из-за сложной геометрии электронных зон.

Это открытие может перевернуть представления о природе магнитных явлений и значительно расширить круг материалов, пригодных для использования в спинтронике — области, где для управления электроникой используется не заряд, а спин электрона. Следующим шагом ученых станет поиск доказательств того, как именно возникает эффект, и можно ли управлять им в других системах.

Таким образом, аномальный эффект Холла без намагничивания — это не просто редкое исключение, а потенциально новое направление в науке о магнетизме и квантовой материи.

Ранее канадские ученые обнаружили редкий тип квантового магнетизма.