Te obejmują sytuację, w której pole magnetyczne jest skierowane wzdłuż płaszczyzny materiału. O kulisach eksperymentu czytamy w Nature Materials. Ale czym w ogóle jest efekt Halla? Opisany w 1879 roku przez amerykańskiego fizyka Edwina Halla, obejmuje zjawisko polegające na tym, że pole magnetyczne oddziałujące na poruszające się ładunki elektryczne powoduje ich odchylenie, czego efektem jest powstanie możliwego do zmierzenia napięcia. Analiza tego sygnału pozwala określić między innymi rodzaj nośników ładunku, ich liczbę czy właściwości przewodnictwa materiału.
Czytaj też: Dwa stany nadprzewodzące ukrywały się w jednym. Sensacyjne wieści nt. ultracienkich materiałów
Technologia wykorzystująca efekt Halla znalazła szerokie zastosowanie. Czujniki tego typu są obecne między innymi w samochodach, urządzeniach elektronicznych i klawiaturach komputerowych. Dotychczas jednak fizycy przyjmowali, że anomalny efekt Halla wymaga odpowiedniej orientacji pola magnetycznego względem materiału. Zespół z Carnegie Mellon University pokazał, iż możliwe jest uzyskanie dodatkowej odpowiedzi również wtedy, gdy pole znajduje się w płaszczyźnie cienkiej warstwy.
Za eksperyment odpowiadał zespół fizyków pracujących w laboratorium LIQUID. Naukowcy wykorzystali niezwykle cienkie struktury zbudowane z materiałów dwuwymiarowych. Podstawą urządzenia był tellurek tantalu i irydu, TaIrTe4, który ma odpowiednią symetrię krystaliczną, aby umożliwić wystąpienie wielokierunkowej odpowiedzi Halla.
Materiał został zredukowany do zaledwie kilku warstw atomowych, a następnie połączony z warstwą magnetyczną z tellurku chromu, germanu i telluru, oznaczanego jako Cr2Ge2Te6. Takie zestawienie pozwoliło wykorzystać oddziaływanie między sąsiadującymi warstwami. Magnetyzm z warstwy ferromagnetycznej przenikał do sąsiedniego materiału, nadając mu właściwości magnetyczne, przy jednoczesnym zachowaniu jego charakterystycznych właściwości elektronicznych.
W przygotowanych w ten sposób urządzeniach badacze zaobserwowali zarówno klasyczny sygnał efektu Halla, jak i dodatkowy – związany z magnetyzacją znajdującą się w płaszczyźnie materiału. To oznacza, że pojedyncze, niezwykle cienkie urządzenie może potencjalnie wykrywać pole magnetyczne działające w więcej niż jednym kierunku.
Czytaj też: Wieloletnia hipoteza Feynmana doczekała się weryfikacji. To jedna z najważniejszych idei współczesnej fizyki
To właśnie możliwość pomiaru wielu kierunków za pomocą jednego elementu może okazać się najważniejszym praktycznym skutkiem odkrycia. Obecnie w niektórych zastosowaniach konieczne jest wykorzystanie kilku czujników, aby określić kierunek i natężenie pola magnetycznego w różnych osiach. Nowa konstrukcja może w przyszłości pozwolić na stworzenie bardziej kompaktowych systemów, w których kilka funkcji pomiarowych zostanie połączonych w jednym urządzeniu.
Naukowcy podkreślają, że sama koncepcja anomalnego efektu Halla w płaszczyźnie była wcześniej przewidywana teoretycznie. Problemem było jednak znalezienie materiału o odpowiednich właściwościach i symetrii, który można byłoby jednocześnie uczynić magnetycznym. Dopiero połączenie dwóch odpowiednio dobranych materiałów w atomowo cienką heterostrukturę pozwoliło na eksperymentalne zaobserwowanie tego zjawiska.
Źródło: Nature Materials
