Физики впервые обнаружили аномальный эффект Холла в немагнитном материале.
Представительное изображение куска Cd3As2.
2D полупроводники
Японские физики впервые наблюдали неуловимую форму эффекта Холла в немагнитном материале. Этот материал, арсенид кадмия (Cd3As2), подтверждает теоретические предсказания о возможности существования аномального эффекта Холла (АЭХ) в немагнитных материалах.
«Наше исследование впервые экспериментально подтвердило, что АЭХ можно количественно обнаружить в немагнитных материалах с использованием плоскостных магнитных полей», — заявил руководитель группы и доцент Масаки Учида из Токийского института науки и технологий.
Для непосвященных: эффект Холла, впервые открытый в 1879 году Эдвином Холлом, — это явление, при котором электрический ток, протекающий через проводник или полупроводник в присутствии магнитного поля, создает напряжение на материале.
В магнитных материалах холловское напряжение может возникать даже без внешнего магнитного поля. Это происходит потому, что собственная намагниченность материала (обычно обусловленная спином электрона) искривляет движение электронов.
Наука никогда не бывает устоявшейся
На протяжении десятилетий предполагалось, что АЭХ всегда обусловлен спином и происходит только в магнитных материалах. Однако японская группа опровергла это мнение, наблюдая гигантский АЭХ в немагнитном материале.
Дираковские полуметаллы, такие как арсенид кадмия, имеют особые точки в своей зонной структуре (точки Дирака), где электроны ведут себя как безмассовые частицы. При определённых условиях (например, при приложении магнитного поля) эти точки могут разделяться на точки Вейля, что существенно меняет движение электронов.
Для этого учёные вырастили очень чистые тонкие плёнки Cd₃As₂ методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Получив плёнку, они приложили магнитное поле в её плоскости (а не перпендикулярно, как обычно).
Команда также разработала способ контролируемого искажения электронной зонной структуры. По словам учёных, это позволило им «отфильтровать» обычный эффект Холла и выделить аномальный.
Используя эту методологию, они смогли измерить холловскую проводимость и увидели большой сигнал АЭХ в пленках арсенида кадмия. Используя эту методологию, они смогли измерить холловскую проводимость и увидели большой сигнал АЭХ в пленках арсенида кадмия.
Результаты исследования важны, поскольку АЭХ здесь обусловлен не спиновой намагниченностью (как в обычных ферромагнетиках), а орбитальной намагниченностью, то есть круговым орбитальным движением самих электронов.
Открывает новые возможности AHE
Это важно, поскольку орбитальные вклады часто упускаются из виду при обсуждении АЭХ. Таким образом, исследование подтверждает теоретические предсказания о возможности существования АЭХ в немагнитных материалах.
Это также ставит под сомнение давнее предположение о том, что АЭХ обусловлен исключительно спином. Заглядывая в будущее, можно сказать, что эти результаты открывают новые направления для более эффективного понимания электронных орбитальных эффектов.
Это также может открыть возможности для новых технологий. Например, новых типов датчиков Холла, спинтроники или электронных устройств, не использующих магнетизм, но всё же использующих АЭХ (потенциально меньших, более быстрых и более универсальных).
«Мы ожидаем, что эти результаты станут катализатором как фундаментальных исследований в области физики, лежащей в основе этого явления, так и прикладных исследований в области устройств, использующих AHE», — пояснил Учида.
«Датчики Холла и другие устройства, использующие АЭХ в немагнитных материалах, могут стать более эффективными и работать в более широких условиях, чем существующие технологии», — добавил он.
Вы можете самостоятельно ознакомиться с исследованием в журнале Physical Review Letters.
Sourse: interestingengineering.com
