Авторство: Масакі Учіда з Токійського технологічного інституту
Великий, нетрадиційний аномальний опір Холла в новому магнітному напівпровіднику за відсутності великомасштабного магнітного впорядкування було продемонстровано вченими з матеріалів Tokyo Tech, підтверджуючи нещодавнє теоретичне передбачення. Їхні висновки дають нове уявлення про аномальний ефект Холла, квантове явище, яке раніше асоціювалося з далеким магнітним порядком.
Заряджені частинки, такі як електрони, можуть вести себе взаємодіючими способами під час руху під впливом електричного та магнітного полів. Наприклад, коли магнітне поле прикладено перпендикулярно площині провідника зі струмом, електрони, що протікають всередині, починають відхилятися вбік через магнітну силу, і досить скоро на провіднику з’являється різниця напруг. Це явище відоме під назвою «ефект Холла». Однак ефект Холла не обов’язково вимагає возитися з магнітами. Насправді, це можна спостерігати в магнітних матеріалах з далеким магнітним порядком, таких як феромагнетики, безкоштовно!
Це явище, назване «аномальним ефектом Холла» (AHE), схоже, є близьким родичем ефекту Холла. Однак його механізм набагато більш задіяний. В даний час найбільш прийнятним є те, що AHE створюється властивістю електронних енергетичних смуг, званою «викривлення Беррі», яка є результатом взаємодії між спіном електрона та його рухом всередині матеріалу, більш відомим як «спін-орбіта». взаємодія».
Чи потрібне магнітне впорядкування для AHE? Остання теорія свідчить про інше. «Теоретично припускається, що великий AHE можливий навіть вище температури, при якій магнітний порядок зникає, особливо в магнітних напівпровідниках з низькою щільністю носіїв заряду, сильною обмінною взаємодією між електронами та кінцевою спіновою хіральністю, яка пов’язана з напрямком спіну. щодо напрямку руху», — пояснює доцент Масакі Учіда з Токійського технологічного інституту (Tokyo Tech), дослідницька діяльність якого зосереджена на фізиці конденсованої речовини.
Цікаво, що доктор Учіда та його співробітники з Японії вирішили перевірити цю теорію. У новому дослідженні, опублікованому в Наукові досягнення, вони досліджували магнітні властивості нового магнітного напівпровідника EuAs, який, як відомо, має лише особливу викривлену трикутну структуру решітки, і спостерігали антиферомагнітну (АСМ) поведінку (сусідні спіни електронів, вирівняні в протилежних напрямках) нижче 23 К. Крім того, вони помітили, що електричний опір матеріалу різко впав з температурою в присутності зовнішнього магнітного поля, поведінка, відома як «колосальний магнітоопір» (CMR). Однак, що ще цікавіше, CMR спостерігався навіть вище 23 К, де порядок АСМ зникав.
«Природно зрозуміло, що CMR, що спостерігається в EuAs, спричинена з’єднанням між розбавленими носіями та локалізованим Eu.2+ обертання, які зберігаються в широкому діапазоні температур», – коментує доктор Учіда.
Однак те, що насправді вкрало шоу, так це підвищення питомого опору Холла з температурою, яке досягло піку при температурі 70 К, що набагато вище температури впорядкування АСМ, демонструючи, що великий AHE дійсно був можливий без магнітного порядку. Щоб зрозуміти, що викликало цей нетрадиційно великий AHE, команда виконала модельні розрахунки, які показали, що ефект можна віднести до косого розсіювання електронів спіновим кластером на трикутній решітці в «стрибком режимі», коли електрони не течуть, а скоріше «стрибнув» з атом до атома.
Ці результати наближають нас на крок до розуміння дивної поведінки електронів всередині магнітних твердих тіл. «Наші висновки допомогли пролити світло на магнітні напівпровідники з трикутною ґраткою і потенційно можуть призвести до нової області досліджень, спрямованих на розбавлені носії в поєднанні з нетрадиційним упорядкуванням спінів і флуктуаціями», – коментує оптимістичний доктор Учіда.
Дійсно, нові відкриття в нескінченно захоплюючому квантовому світі електронів можуть бути на горизонті!
Довідка: «Великий аномальний ефект Холла при температурі вище порядку в магнітному напівпровіднику з трикутною решіткою» Масакі Учіда, Шін Сато, Хіроакі Ішізука, Рьосуке Куріхара, Таро Накадзіма, Юсуке Наказава, Мізукі Оно, Маркус Міяікі, Ацуші Охеїкі , Тошіакі Морікава, Мохаммад Саїд Бахрамі, Така-хіса Аріма, Масаші Токунага, Наото Нагаоса та Масаші Кавасакі, 22 грудня 2021 року, Наукові досягнення.
DOI: 10.1126/sciadv.abl5381
