Магнитные поля открывают новое проявление эффекта Холла в современных материалах

Внутриплоскостные магнитные поля ответственны за возникновение аномального эффекта Холла в пленках EuCd₂Sb₂, сообщают исследователи из Института науки Токио.

Изучая, как эти поля изменяют электронную структуру, команда обнаружила большой аномальный эффект Холла в плоскости. Эти результаты открывают путь к новым стратегиям управления электронным транспортом под действием магнитных полей, что может способствовать развитию приложений в магнитных датчиках.

Эффект Холла — фундаментальное явление в материаловедении. Он возникает, когда материал, в котором протекает электрический ток, подвергается воздействию магнитного поля, в результате чего возникает напряжение, перпендикулярное как току, так и магнитному полю. Этот эффект был широко изучен в материалах, находящихся во внеплоскостном магнитном поле. Однако исследования того, как внутриплоскостные магнитные поля вызывают это явление, были весьма ограничены.

В последние годы внутриплоскостные магнитные поля вызывают все больший интерес из-за их потенциала для раскрытия нового поведения материалов, особенно материалов с сингулярными точками в структуре электронных полос, таких как EuCd₂Sb₂.

На этом фоне группа исследователей из Института науки Токио (Science Tokyo) и Центра эмерджентных наук о материи (CEMS) RIKEN под руководством доцента Масаки Учиды (Masaki Uchida) изучила, как магнитные поля в плоскости вызывают аномальный эффект Холла в пленках EuCd₂Sb₂.

Их исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, проливает свет на то, как эти поля вызывают характерные изменения в структуре электронных полос.

Учида объясняет:

Наши результаты указывают на новый способ манипулирования эффектом Холла в магнитных материалах. Это открывает захватывающие возможности для будущих технологий, которые зависят от точного измерения магнитного поля, таких как магнитное зондирование.

Группа исследователей обнаружила, что магнитные поля в плоскости приводят к значительному аномальному эффекту Холла в тонких пленках EuCd₂Sb₂. Этот эффект меняет свой знак при вращении внутриплоскостного магнитного поля, демонстрируя четкую трехкратную симметрию для вращения внутриплоскостных магнитных полей.

Кроме того, исследование показало, что эти эффекты связаны с необычным внеплоскостным сдвигом сингулярных точек в структурах электронных полос. Этот сдвиг соответствует проявлению орбитальной намагниченности, которая представляет собой вращательное движение волнового пакета электронов, формулируемое в современных терминах как квантовый геометрический тензор в твердых телах. Это открытие углубляет наше понимание того, как внутриплоскостные магнитные поля изменяют внутреннюю структуру материала.

Исследователи также обнаружили, что даже небольшие изменения угла наклона магнитного поля могут привести к значительным изменениям в плоскостном аномальном эффекте Холла. Такая зависимость от направления еще больше подчеркивает универсальность материала и его потенциал для использования в технологиях, требующих точного измерения магнитных полей в определенных направлениях.

Учида заключает:

Наша работа не только знаменует собой прорыв в экспериментальном изучении орбитальной намагниченности, но и стимулирует разработку материалов для будущих применений, революционизируя концепцию эффекта Холла «снаружи внутрь».

В целом, данное исследование углубляет наше понимание того, как внутриплоскостные магнитные поля влияют на электронные свойства современных материалов, таких как EuCd₂Sb₂, приближая нас к разработке материалов с индивидуальными магнитотранспортными свойствами для будущих технологий.

Ранее ученые использовали метаматериалы для наблюдения фотонного спинового эффекта Холла.

19.12.2024