Płaskie pola magnetyczne ujawniają nowatorskie zachowania efektu Halla w zaawansowanych materiałach, zmieniając nasze rozumienie transportu elektronicznego.
Naukowcy z Instytutu Naukowego w Tokio donieśli, że płaskie pola magnetyczne indukują anomalny efekt Halla w warstwach EuCd₂Sb₂. Badając, w jaki sposób pola te zmieniają strukturę elektronową, zespół odkrył znaczący, anomalny efekt Halla w płaszczyźnie. Odkrycie to otwiera nowe możliwości kontrolowania transportu elektronicznego w polach magnetycznych i ma potencjalne zastosowania w czujnikach magnetycznych.
Efekt Halla, podstawowe zjawisko w materiałoznawstwie, występuje, gdy materiał przewodzący prąd elektryczny jest poddawany działaniu pola magnetycznego, tworząc napięcie prostopadłe zarówno do prądu, jak i do pola. Chociaż efekt Halla był szeroko badany w materiałach znajdujących się w pozapłaszczyznowych polach magnetycznych, skutkom wewnątrzpłaszczyznowych pól magnetycznych poświęcono stosunkowo niewiele uwagi.
W ostatnich latach płaszczyznowe pola magnetyczne cieszą się coraz większym zainteresowaniem ze względu na ich potencjał odkrywania nowych zachowań materiałów, szczególnie w materiałach z punktami osobliwymi w ich elektronowych strukturach pasmowych, takich jak EuCd₂Sb₂.
W tym kontekście zespół naukowców z Instytutu Naukowego w Tokio (Science Tokyo) i RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), kierowany przez profesora nadzwyczajnego Masaki Uchidę, zbadał, w jaki sposób płaskie pola magnetyczne indukują anomalny efekt Halla w Folie EuCd₂Sb₂. Ich badanie, opublikowane w Listy z przeglądu fizycznego 3 grudnia 2024 r. rzuca światło na to, jak pola te powodują wyraźną zmianę w strukturze pasm elektronicznych.
Uchida wyjaśnia: „Nasze odkrycia ukazują nowy sposób manipulowania efektem Halla w materiałach magnetycznych. Otwiera to ekscytujące możliwości dla przyszłych technologii, które opierają się na precyzyjnych pomiarach pola magnetycznego, takich jak wykrywanie magnetyczne”.
Symetria i magnetyzacja orbitalna
Wysiłki zespołu ujawniły, że płaskie pola magnetyczne prowadzą do znacznie dużego anomalnego efektu Halla w cienkich warstwach EuCd₂Sb₂. Efekt ten zmienia swój znak wraz z obrotem w płaszczyźnie pola magnetycznego, wykazując wyraźną potrójną symetrię rotacji w płaszczyźnie pola magnetycznego.
Co więcej, badanie ujawniło, że efekty te są powiązane z niezwykłym przesunięciem poza płaszczyznę punktów osobliwych w strukturach pasm elektronicznych. To przesunięcie odpowiada przejawowi namagnesowania orbitalnego, czyli ruchu obrotowego pakietu fal elektronowych, sformułowanego współcześnie jako kwantowy tensor geometryczny w ciałach stałych. Odkrycie to pogłębia naszą wiedzę na temat tego, jak płaszczyznowe pola magnetyczne zmieniają wewnętrzną strukturę materiału.
Naukowcy odkryli również, że nawet niewielkie zmiany kąta pola magnetycznego mogą prowadzić do znaczących zmian w anomalnym efekcie Halla w płaszczyźnie. Ta zależność kierunkowa dodatkowo podkreśla wszechstronność materiału i jego potencjał do zastosowania w technologiach wymagających precyzyjnego pomiaru pól magnetycznych wzdłuż określonych kierunków.
Uchida podsumowuje: „Niniejsza praca nie tylko zwiastuje przełom w eksperymentalnym badaniu magnetyzacji orbitalnej, ale także stymuluje rozwój materiałów do przyszłych zastosowań, rewolucjonizując koncepcję efektu Halla „od zewnątrz do wewnątrz”.
Ogólnie rzecz biorąc, badanie to pogłębia naszą wiedzę na temat wpływu płaskich pól magnetycznych na właściwości elektroniczne zaawansowanych materiałów, takich jak EuCd₂Sb₂, przybliżając nas do opracowania materiałów o dostosowanych właściwościach magnetotransportowych na potrzeby przyszłych technologii.
Odniesienie: „In-Plane Anomalous Hall Effect Associated with Orbital Magnetization: Measurements of Low-Carrier Density Films of a Magnetic Weyl Semimetal” autorzy: Ayano Nakamura, Shinichi Nishihaya, Hiroaki Ishizuka, Markus Kriener, Yuto Watanabe i Masaki Uchida, 3 grudnia 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.236602
