Jejich výsledky připravují cestu pro vývoj pokročilých elektronických zařízení, která se spoléhají na nemagnetické materiály.
Poprvé vědci v Japonsku detekovali obří anomální halovou efekt (AHE) v materiálu, který není magnetický. Průlom byl proveden pomocí vysoce kvalitních tenkých filmů CD3Jako2DIRAC semimetal, podrobený magnetickému poli v rovině.
Pečlivým vyladěním struktury elektronického pásma materiálu byl tým schopen oddělit signál AHE a zjistit, že jeho zdroj spočívá spíše v orbitální magnetizaci než v elektronové rotaci, převrácení dlouhodobých předpokladů ve fyzice kondenzované hmoty.
Pozadí efektu haly
V roce 1879 fyzik Edwin Hall zjistil, že elektrický proud procházející vodičem umístěným v magnetickém poli vytváří napětí přes materiál. Tento jev, později pojmenován Hall Effect, rychle upoutal vědeckou pozornost a stal se ústředním bodem teoretické i aplikované fyziky. Nedlouho nato si vědci všimli souvisejícího účinku v magnetických materiálech, který nazývali anomální halovou efekt (AHE).
Na rozdíl od standardního efektu Hall zůstala anomální verze mnohem obtížnější vysvětlit. Po celá desetiletí vědci debatovali o svém skutečném původu a některé teorie naznačují, že by se mohlo objevit dokonce v nemagnetických materiálech. Až dosud však tuto predikci nikdy nepotvrdily žádné experimentální důkazy.
V nedávné studii uvedl výzkumný tým vedený docentem Masakim Uchidou z Japonského ústavu Tokia Institute of Science v Japonsku prvním pozorováním AHE v nemagnetickém materiálu. Tento průlom byl publikován v časopise Fyzikální kontrolní dopisy 2. září 2025.
Role semimetalů Dirac
Aby se tento objev objevil, vědci pracovali s Dirac Semimetals. Tyto materiály obsahují speciální rysy ve své elektronické struktuře pásma známé jako Dirac body, kde elektrony fungují, jako by neměly žádnou hmotu. Když je aplikováno vnější magnetické pole, rozbije se symetrie systému a tyto body Dirac se promění na Weyl body a vytvářejí složitější a směrové chování elektronů. Tímto způsobem pečlivě upravil strukturu pásma, byl tým schopen potlačit běžný hala a izolovat efekt anomálního haly (AHE).
„Naše studie je první, kdo experimentálně potvrzuje, že AHE lze kvantitativně detekovat v nemagnetických materiálech pomocí magnetických polí v rovině,“ poznamenává Uchida.
Pomocí epitaxy molekulárního paprsku tým vytvořil vysoce kvalitní CD3Jako2 Tenké filmy, Dirac semimetal s nezbytnými symetriemi. Na tyto filmy aplikovali magnetické pole v rovině a změřili vodivost haly materiálu. Na základě změn této vodivosti v reakci na změny v aplikovaném magnetickém poli by vědci mohli odvodit velikost indukovaného AHE. Překvapivě se týmu podařilo s tímto nastavením vyvolat obřího. Podrobná analýza experimentálních výsledků naznačovala, že tento účinek vznikl z orbitální magnetizace – tj. Magnetizace v důsledku orbitálního pohybu elektronů spíše než jejich rotace.
Důsledky pro budoucí zařízení
Dohromady tato zjištění poskytují cenné poznatky o dobře studovaném, ale zcela nerozuměném fyzickém jevu. „Přístup používaný v naší studii je široce použitelný za semimetaly Dirac, což je zpochybňující dlouhodobé předpoklady o Effects Hall. Budoucí výzkum by mohl vést k rozvoji zařízení nové generace,“ poznamenává Uchida.
Pochopení AHE podrobněji otevírá cesty a prozkoumá vlastnosti elektronů na základě orbitální magnetizace. „Očekáváme, že tyto výsledky katalyzují jak základní výzkum základní fyziky, tak aplikovaný výzkum do zařízení, která využívají AHE,“ říká Uchida. „Senzory Hall a další zařízení, která využívají ahe v nemagnetických materiálech, by se mohly stát efektivnějšími a fungovat za širších podmínek než současné technologie.“
Reference: „Anomální účinek Hall v semimetálním CD3AS2 sondovaným magnetickým polem v rovině“ od Shinichi Nishihaya, Hiroaki Ishizuka, Yuki Deguchi, Ayano Nakamura, Tadashi Yoneda, Hsiang Lee, Markus Kriener a Masaki Uchida, 2. září 2025, 2025, 2025 Fyzikální kontrolní dopisy.
Dva: 10.1103/5D7L-MR7K
Financování: Japonská věda a technologická agentura, Japan Society pro propagaci vědy, ministerstva školství, kultury, sportu, vědy a technologie, Toyota Fyzikální a chemické výzkumné ústav, Murata Science Foundation, Institute of Science Tokio, Iketani Science and Technology Foundation
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
