Физики впервые наблюдали аномальный эффект Холла в немагнитном материале

На этой инфографике изображена методика, использованная исследовательской группой для наблюдения аномального эффекта Холла в немагнитном материале впервые. Команда использовала дираковский полуметалл и применила магнитное поле в плоскости для наблюдения аномального эффекта Холла. Автор: Институт науки Токио

Исследователи из Японии впервые наблюдали гигантский аномальный эффект Холла (AHE) в немагнитном материале. Этот удивительный результат был достигнут с использованием высококачественных тонких пленок Cd₃As₂ (дираковского полуметалла) под действием магнитного поля в плоскости. Модулируя зонную структуру материала, команда изолировала AHE и проследила его происхождение до орбитальной намагниченности, а не спина, что бросает вызов давним предположениям в физике конденсированного состояния.

Аномальный эффект Холла десятилетиями вызывал споры среди физиков относительно его истинного происхождения. Некоторые теоретические предсказания даже намекали, что AHE может быть возможен даже в немагнитных материалах, но экспериментального подтверждения этих предсказаний до сих пор не было.

Исследовательская группа под руководством доцента Масаки Утиды из Института науки Токио использовала дираковские полуметаллы, которые имеют уникальные особенности в своей электронной зонной структуре, называемые дираковскими точками. Под внешним магнитным полем эти точки превращаются в Вейлевские точки, что приводит к более сложному направленному поведению электронов.

«Наше исследование впервые экспериментально подтверждает, что AHE можно количественно обнаружить в немагнитных материалах с использованием магнитных полей в плоскости», — отмечает Утида.

Команда произвела высококачественные тонкие пленки Cd₃As₂ с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Применяя магнитное поле в плоскости к этим пленкам и измеряя холловскую проводимость материала, исследователи смогли индуцировать гигантский AHE. Подробный анализ показал, что этот эффект возник из-за орбитальной намагниченности — намагниченности, обусловленной орбитальным движением электронов, а не их спином.

Эти открытия предоставляют ценный взгляд в хорошо изученное, но не полностью понятное физическое явление. Понимание AHE более подробно открывает пути для изучения электронных свойств на основе орбитальной намагниченности и может привести к разработке датчиков Холла следующего поколения, которые будут более эффективными и смогут работать в более широких условиях.