Физици се натъкнаха на аномалния ефект на Хол на неочаквано място

Явлението магнетизъм се използва широко в електрониката и устройствата за памет. И двете области привличат вниманието на голям брой учени поради голямата им практическа стойност. Очевидно е, че границите на възможностите и приложните материали непрекъснато трябва да се разширяват.

В тази връзка японски учени са направили пробив, като са открили уникални магнитни свойства в материали, за които се е смятало, че не ги проявяват.

Магнитните материали в лицето на феромагнити с подредени електронни спинове са в състояние да демонстрират аномалния ефект на Хoл. Нормалният ефект на Хол се проявява във външно магнитно поле, когато през магнитен образец преминава ток. В случая на аномалния ефект на Хол в магнитния материал възниква поле в образеца (потенциална разлика в краищата му или напрежение) дори без външно магнитно поле.

Никой не е очаквал подобно явление в случая на антиферомагнетизма. Спиновете в такива материали са безпорядъчни и се компенсират един друг при противоположни ориентации.

Въпреки това дори в антиферомагнетиците бяха открити признаци на аномален ефект на Хол. Това означава, че нов клас материали със собствени уникални свойства могат да се използват като магнитни памети, което потенциално обещава подобрена производителност в устройствата за памет. Това, което е необходимо сега е задълбочено разбиране на явлението и основна научна основа – точно това са направили учените от Япония.

„По-рано бе съобщено за аномален ефект на Хол, възникващ в определен клас колинеарни антиферомагнити. Наблюдаваните сигнали обаче бяха изключително слаби. Идентифицирането на аномалния ефект на Хол без намагнитване представляваше голям научен и технологичен интерес. Едно от основните предизвикателства на нашия изследователски проект беше да създадем последователна научна картина въз основа на нашите наблюдения.“

казват изследователите.

Учените са използвали семейство материали, наречени дихалкогениди на преходни метали, като двуизмерни градивни елементи.

Чрез вмъкване на магнитни йони между атомните слоеве изследователите са успели да контролират движението и взаимодействието на електроните. Модифицирана до триизмерно състояние, структурата показала ново поведение, невъзможно в двуизмерна форма. Едва тогава изследователите успяват да измерят аномалния ефект на Хол в широк диапазон от температури и магнитни полета.

Освен това американски учени предоставиха доказателства под формата на микроскопични изображения на образци, потвърждаващи колинеарната антиферомагнитна структура на материала. След това резултатите бяха сравнени с теоретичните анализи и изчисления, извършени от екип учени от Токийския университет.

Резултатите бяха първото убедително експериментално доказателство за аномалния ефект на Хол, наблюдаван в колинеарния антиферомагнитен материал. Тъй като традиционно се смята, че аномалният ефект на Хол е свързан с намагнитването, откриването му в такива материали показва явления извън стандартното разбиране. Изследователите предполагат, че това се дължи на уникалната структура на електронните зони на материала, която предизвиква появата на така нареченото „виртуално магнитно поле“ и засилва аномалния ефект на Хол при липса на намагнитване. Работата ще продължи, тъй като все още не е постигнато пълно разбиране на физиката на този процес.