Fyzici vyrobili nové zařízení, které dokáže demonstrovat kvantový anomální efektHala.V
Co je Hallův efekt?
Kvantový Hallův jev je makroskopický jev, který říká, že smyková únosnost v materiálu se mění v krocích.Lze jej pozorovat ve dvourozměrných elektronických systémech, které vyžadují nízké teploty a silná magnetická pole.
Dvourozměrný systém však může spontánněvytvářet vlastní magnetické pole, a to i v nepřítomnosti vnějších polí. Například pomocí orbitálního feromagnetismu, ke kterému dochází v důsledku interakce elektronů. Toto je anomální kvantový Hallův jev.
Příklad efektu v reálném životě
Vezmeme-li obyčejný drát, kterým protékáelektrický proud a pomocí magnetického pole můžete vytvořit nové elektrické napětí. Bude kolmá na tok proudu. Jedná se o tzv. Hallův efekt.
Zdroj: MaximeMartinez, CC BY-SA 4.0, prostřednictvím Wikimedia Commons
Existuje jeho odpovídající kvantová verzeefekt, ke kterému dochází s určitými přírůstky neboli kvanty. Tím se otevřela možnost využití kvantově anomálního Hallova jevu k vytvoření nových vysoce vodivých drátů nebo dokonce kvantových počítačů. Fyzika, která k tomuto jevu vede, však stále není zcela pochopena.
Co vědci udělali?
Skupina výzkumníků vedená zaměstnanciInstitut materiálových věd Univerzity Tsukuba použil topologický izolační materiál. V něm proud teče na rozhraních, ale neprochází hlavní hmotou, aby způsobil kvantově anomální Hallův jev.
Fyzici zjistili, že použitím feromagnetického materiálu – železa – jako vrchní vrstvy zařízení se magnetický efektMohlo by to být způsobeno alternativní metodou magnetického dopování magnetickými nečistotami.
Připomeňme, že magnetické řazení(uspořádané prostorové uspořádání magnetických momentů) je nejvíce studováno u pevných látek, které mají dálkový řád v uspořádání atomů a krystalovou mřížku, v jejíchž uzlech se periodicky nacházejí atomy s magnetickými momenty.
Jaký byl experiment?
Výsledkem je, že proud generovaný kvantově anomálním Hallovým jevem může procházet podél hranice vrstvy bez rozptylu. A to je velmi užitečné pro provoz nových energeticky úsporných zařízení.
Pro výrobu tenkovrstvého nástrojemonokrystalická heterostruktura, která se skládá z vrstvy železa na povrchu teluridu cínu, byla pěstována na templátu epitaxí molekulárního paprsku. Vědci měřili magnetizaci povrchu pomocí neutronů, které mají magnetický moment, ale nemají elektrický náboj.
Jaký je konečný výsledek?
Vědci zjistili, že feromagnetické uspořádání je stanoveno asi dva nanometry ve vrstvě teluridu cínu zJe pozoruhodné, že existuje i při pokojové teplotě.
Pomůže v projektu implementace spintronikydalší generace a vytvořit kvantová výpočetní zařízení. To vyžaduje pouze vrstvy, které demonstrují kvantově anomální Hallův jev. Nyní, jak tato studie ukázala, je poměrně snadné jej získat.
Přečtěte si více:
Kosmické letadlo dopraví náklad na ISS a přistane na běžném „letišti“
Hvězda se přiblížila k černé díře a ta se roztrhla: vědci to pozorovali ze tří dalekohledů
Fyzici vysvětlují Hawkingův „kosmický nesoulad“: jak to změní vědu
Titulní foto: Simon Whitehead z Austrálie, CC BY 2.0, prostřednictvím Wikimedia Commons