2019
Фізики з Університету Карнегі — Меллона експериментально показали новий різновид ефекту Голла, який змінює давнє уявлення про те, як електронні матеріали реагують на магнітне поле. У створеному ними нанорозмірному пристрої сигнал виникав не лише тоді, коли магнітне поле було спрямоване перпендикулярно до площини матеріалу, а й коли воно лежало в самій площині.
Ефект Голла використовують у фізиці понад століття. У 1879 році Едвін Голл показав, що магнітне поле може відхиляти рухомі електричні заряди у провіднику та створювати поперечну різницю потенціалів. За цим сигналом можна визначати знак носіїв заряду, їхню концентрацію та рухливість. Сьогодні датчики Голла застосовують у великій кількості пристроїв — від автомобільної електроніки до клавіатур і вимірювальної техніки.
У традиційному варіанті ефекту поле прикладають перпендикулярно до площини тонкого матеріалу. Ідея про те, що аномальний сигнал Голла може з’являтися і для намагніченості в площині, існувала теоретично, але експериментально реалізувати потрібну симетрію матеріалу було складно.
Для нового експерименту дослідники використали телурид танталу-іридію TaIrTe4. Його зробили завтовшки лише у кілька атомних шарів і поєднали з магнітним ізолятором Cr2Ge2Te6. Через близькість шарів магнітні властивості впливають на немагнітний матеріал, але його власні електронні характеристики зберігаються.
У такій гетероструктурі команда побачила і звичайний сигнал Голла, і додатковий сигнал, пов’язаний із намагніченістю у площині. Теоретичне моделювання показало, що важливу роль відіграють знижена симетрія системи, спін-орбітальна взаємодія на межі шарів та обмінна взаємодія.
Практичний наслідок полягає в тому, що один дуже тонкий пристрій потенційно може вимірювати компоненти магнітного поля вздовж кількох осей. У звичайних системах для такого завдання часто потрібні два окремі датчики. Дослідники також перевіряють інші матеріали, в яких може проявлятися подібний ефект.
Наступний важливий етап — з’ясувати, чи можна отримати стабільний багатовимірний сигнал за кімнатної температури. Саме це буде необхідно, якщо явище плануватимуть використовувати у практичних магнітних сенсорах та електронних пристроях.
