Учёные Университета Карнеги — Меллона обнаружили необычную магнитную реакцию, которая пересматривает представление о работе эффекта Холла. Это явление более ста лет используют для изучения электрических и магнитных свойств материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials, сообщает ScienceDaily.
Эффект Холла возникает, когда магнитное поле направляют перпендикулярно материалу, по которому проходит электрический ток. Под действием поля движущиеся заряды смещаются к одной стороне, создавая измеряемое напряжение. По этому сигналу можно определить знак и количество носителей заряда, а также оценить, насколько свободно они перемещаются.
Исследователи показали, что аналогичный отклик возможен и при магнитном поле, расположенном в плоскости материала. «Долгое время считалось, что эффект Холла работает только при перпендикулярном направлении магнитного поля. Мы показали, что отклик возникает и при поле, лежащем в плоскости», — сказал доцент кафедры физики Симранджит Сингх.
Для эксперимента специалисты использовали несколько атомных слоёв теллурида тантала-иридия (TaIrTe4), соединённых с магнитным материалом Cr2Ge2Te6. Кристаллическая структура первого вещества обладала необходимой симметрией, а соседний магнитный слой передал ему магнитные свойства, сохранив его исходные электронные характеристики.
В созданном устройстве учёные зафиксировали обычный сигнал Холла и дополнительный отклик, связанный с магнитизацией внутри плоскости материала. Это означает, что один сверхтонкий датчик способен регистрировать магнитные поля сразу по нескольким направлениям. По словам Сингха, ранее для таких измерений требовались два отдельных сенсора.
Теоретическое моделирование помогло объяснить обнаруженный эффект. Исследователи связали его появление с изменением симметрии на границе двух материалов и дополнительным спин-орбитальным взаимодействием, которое проявляется при низких температурах. Команда продолжает искать другие сочетания веществ с аналогичными свойствами и проверяет работу устройства при комнатной температуре.