Ученые объяснили необычный температурный ход аномального эффекта Холла

Ученые из Токийского научного института разработали теоретическую модель, объясняющую сложную температурную зависимость и смену знака аномального эффекта Холла (AHE), связанного со спиновой киральностью. Это явление возникает в магнитных металлах и считается ключевым для обнаружения таких структур, как скирмионы, важных для спинтроники и квантовых технологий.

Аномальный эффект Холла проявляется в возникновении поперечного напряжения в магнитном металле при пропускании тока, даже без внешнего магнитного поля. Однако в экспериментах киральный AHE часто демонстрирует необычное немонотонное поведение при изменении температуры, что затрудняет интерпретацию данных.

Исследовательская группа под руководством доцента Хироаки Исидзуки из Токийского научного института и профессора Масафуми Удагавы из Университета Гакусюин создала новую теоретическую основу. Их работа, опубликованная в Physical Review Letters, фокусируется на квантовой фазовой интерференции при рассеянии электронов на киральных спиновых текстурах.

«Наша теория ясно объясняет загадочную зависимость AHE от температуры и магнитного поля в высокопроводящих металлах», — поясняет Исидзука.

Ученые использовали модель Изинга-Кондо на кагоме-решётке («кагоме-лёд») и теорию рассеяния, чтобы вывести общую формулу для AHE. Моделирование методом Монте-Карло показало, что эффект Холла осциллирует и меняет знак при изменении длины волны Ферми. Это связано с узловой структурой функций Бесселя, описывающих квантовую интерференцию.

Модель прояснила происхождение этих эффектов: при низких полях ключевую роль играет конкуренция между вкладами короткодистанционных и дальнодействующих спиновых корреляций, а при высоких полях — немонотонная температурная эволюция самих корреляций.

«Наша теоретическая основа предлагает практические руководства для анализа реальных магнитных материалов и закладывает фундамент для рационального проектирования устройств спинтроники и магнитных квантовых материалов», — отметил Исидзука.

Исследование углубляет понимание AHE и может ускорить разработку новых технологий.