غیر فیزیکدانان ممکن است در مورد “اثر هال” بشنوند و فکر کنند که این به نحوه انبساط زمان زمانی که می‌خواهید بچه‌های کوچک را از درب ورودی بیرون بیاورید، یا پدیده‌ای که همیشه کلید یا تلفن خود را هنگام سفر در راهرو فراموش می‌کنید، مربوط می‌شود.
با این حال، اثر هال واقعی به نحوه تعامل جریان‌های الکتریکی و میدان‌های مغناطیسی در سناریوهای خاص مربوط می‌شود – این اثر در طیف گسترده‌ای از فناوری‌هایی که نیاز به شناسایی مغناطیس است، از جمله پوشش‌های تلفن، مفید است.
اگرچه این اثر از زمانی که فیزیکدان ادوین هال آن را در سال 1879 کشف کرد شناخته شده است، محققان به رهبری تیمی از دانشگاه کارنگی ملون در ایالات متحده اکنون دریافته اند که لزومی ندارد آنطور که دانشمندان همیشه فکر می کردند عمل کند.
یک نسخه مغناطیسی از این پدیده، که به عنوان اثر غیرعادی هال شناخته می‌شود، می‌تواند توسط مغناطش ذاتی مواد نیز تولید شود.
یک مطالعه جدید نشان می دهد که این مغناطیسی لزوماً به یک جهت خاص اشاره نمی کند – همانطور که تیم تحقیقاتی در مطالعه منتشر شده در این مقاله گزارش می دهد، انعطاف پذیرتر از آن است. مواد طبیعی.
سیمرانجیت سینگ، فیزیکدان از دانشگاه کارنگی ملون، می گوید: «برای مدت طولانی، مردم فکر می کردند که اثر هال تنها زمانی کار می کند که میدان مغناطیسی عمود بر صفحه فیلم اعمال شود.
ما نشان داده‌ایم که این درست نیست – شما همچنین می‌توانید زمانی که میدان در هواپیما است پاسخی دریافت کنید.»
این تغییری در تفکر است که قبلاً نظریه‌پردازی شده بود، اما هرگز در یک سیستم دوبعدی مانند آنچه محققان در اینجا ساخته‌اند نشان داده نشد.
این تئوری ها به عنوان پایه ای برای ایجاد یک ساختار اتمی سفارشی متشکل از یک لایه فوق نازک از ماده ایریدیوم تلورید تانتالیوم (TaIrTe4) همراه با یک لایه مغناطیسی از CGT (Cr2Ge2Te6) استفاده شد.
این ترکیب ساختاری برای “نشت” مغناطیس به لایه غیر مغناطیسی کافی بود و در عین حال مقداری از تقارن ذاتی ماده را کاهش داد که در غیر این صورت نحوه ایجاد اثر هال را محدود می کرد.
سینگ می‌گوید: «مردم آن را پیشنهاد کرده‌اند و ایده‌هایی نیز وجود داشته است، اما ساخت یک ماده مغناطیسی با تقارن مناسب برای انجام آن بسیار دشوار است.
کاری که ما انجام دادیم این بود که ماده ای با تقارن مناسب پیدا کردیم و آن را مغناطیسی کردیم.
این یک پیشرفت مهم در درک یک اثر اساسی در فیزیک است. در سطح عملی تر، برد بزرگ ممکن است در حسگرهای مغناطیسی باشد، جایی که یک سنسور می تواند جایگزین تنظیمات پیچیده تر شود.
راه دیگری که می توان در مورد آن فکر کرد این است که یک دستگاه فوق نازک به طور بالقوه می تواند میدان های مغناطیسی را در امتداد چندین محور، نه فقط یک محور، تشخیص دهد.
جیوتی کاتو، فیزیکدان دانشگاه کارنگی ملون، می گوید: «این واقعاً قدرت ساخت ناهمساختارهای دقیق اتمی از مواد کوانتومی دوبعدی نوظهور برای به دست آوردن خواص الکترونیکی و مغناطیسی در صورت نیاز را نشان می دهد.
برخی مدل‌سازی‌های نظری نیز برای همراهی با آزمایش‌های آزمایشگاهی و توضیح اینکه چرا محققان به نتایجی که می‌دیدند دست یافتند، انجام شد.
مدل‌ها نشان دادند که اثرات الکترونیکی مختلف – مانند جفت شدن مدار اسپین (جایی که حرکت الکترون با اسپین آن جفت می‌شود) و برهم‌کنش‌های تبادل مغناطیسی – می‌توانند پاسخ مشاهده‌شده را توضیح دهند، اما مطالعات بیشتری برای دانستن مطمئن مورد نیاز است.
پیامدهای گسترده تری نیز وجود دارد. همه مواد دارای تقارن‌های ذاتی خاصی هستند، اما تحقیقات نشان می‌دهد که ترکیب مواد می‌تواند این تقارن‌ها را به روش‌های مفیدی شکسته و اصلاح کند – به‌طور بالقوه رایانه‌های کوانتومی یکی از زمینه‌هایی هستند که می‌توانند سودمند باشند.
با این حال، در حال حاضر، این یک آزمایش در مقیاس کوچک است که در شرایط آزمایشگاهی بسیار خاص – از جمله دماهای برودتی – انجام شده است. گام های بعدی برای محققان، آزمایش اثر جایگزین هال در طیف وسیع تری از مواد نزدیک به دمای اتاق خواهد بود.
موضوع: کشف استثنای شگفت‌انگیز در قانون ۲۰۰ ساله فیزیک
محققان در مقاله منتشر شده نوشتند: «نتایج ما پتانسیل طراحی جلوه‌های هال قابل تنظیم را با کنترل تقارن کریستالی و تعاملات تبادل در رابط‌ها نشان می‌دهد».
کار ما فرصت‌هایی را برای تحقیقات آتی بر روی سایر مواد توپولوژیکی کم تقارن برای مهندسی پدیده‌های جدید انتقال کوانتومی برای دستگاه‌های اسپینترونیک و الکترونیکی نسل بعدی باز می‌کند.
این مطالعه در منتشر شد مواد طبیعی.
این مقاله توسط پیتر داکریل تصحیح و توسط پیتر داکریل ویرایش شده است. در حالی که ما به روند خود افتخار می کنیم، ما فقط انسان هستیم. اگر خطایی را مشاهده کردید، لطفاً به ما اطلاع دهید.
