Physiker haben ein neues Gerät entwickelt, das den quantenanomalen Hall-Effekt demonstrieren kann. IN
Was ist der Hall-Effekt?
Der Quanten-Hall-Effekt ist ein makroskopisches Phänomen.Sein Wesen liegt darin, dass sich der Querwiderstand im Material stufenweise ändert. Es kann in zweidimensionalen elektronischen Systemen beobachtet werden. Dafür sind niedrige Temperaturen und starke Magnetfelder erforderlich.
Ein zweidimensionales System kann jedoch spontanerzeugen auch ohne externe Felder ein eigenes Magnetfeld. Zum Beispiel mit Hilfe des orbitalen Ferromagnetismus, der durch die Wechselwirkung von Elektronen entsteht. Dies ist der anomale Quanten-Hall-Effekt.
Ein Beispiel für die Wirkung im wirklichen Leben
Nehmen wir einen gewöhnlichen Draht, durch den fließtelektrischen Strom, und nutzen Sie das Magnetfeld, können Sie eine neue elektrische Spannung erzeugen. Es wird senkrecht zum Stromfluss sein. Dies ist der sogenannte Hall-Effekt.
Quelle: MaximeMartinez, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons
Es gibt die entsprechende QuantenversionEffekt, der bei bestimmten Inkrementen oder Quanten auftritt. Dies eröffnete die Möglichkeit, den quantenanomalen Hall-Effekt zu nutzen, um neue hochleitfähige Drähte oder sogar Quantencomputer herzustellen. Die Physik, die zu diesem Phänomen führt, ist jedoch noch nicht vollständig verstanden.
Was haben die Wissenschaftler getan?
Eine Gruppe von Forschern, die von Mitarbeitern geleitet wirdMaterials Science Institute der University of Tsukuba verwendete ein topologisches Isolatormaterial. Darin fließt der Strom an den Grenzflächen, aber nicht durch die Hauptmasse, um den quantenanomalen Hall-Effekt zu verursachen.
Physiker haben herausgefunden, dass sie ferromagnetisch sindMaterial – Eisen – als oberste Schicht des Geräts kann der magnetische Proximity-Effekt zu einer magnetischen Ordnung führen, ohne dass Unordnung entsteht. Es könnte durch eine alternative Methode der Dotierung mit magnetischen Verunreinigungen verursacht worden sein.
Denken Sie daran, dass die magnetische Ordnung(geordnete räumliche Anordnung magnetischer Momente) wird am besten an Festkörpern untersucht, die eine Fernordnung in der Anordnung von Atomen und einem Kristallgitter aufweisen, an deren Knoten Atome mit magnetischen Momenten periodisch angeordnet sind.
Wie war der Versuch?
Dadurch kann der durch den quantenanomalen Hall-Effekt erzeugte Strom ohne Streuung entlang der Schichtgrenze fließen. Und das ist sehr nützlich für den Betrieb neuer energiesparender Geräte.
Zur Herstellung von DünnfilminstrumentenEine Einkristall-Heterostruktur, die aus einer Eisenschicht auf Zinntellurid besteht, wurde durch Molekularstrahlepitaxie auf einer Schablone gezüchtet. Die Magnetisierung der Oberfläche haben die Forscher mit Neutronen gemessen, die ein magnetisches Moment, aber keine elektrische Ladung haben.
Was ist das Endergebnis?
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die ferromagnetische Ordnung etwa zwei Nanometer in der Zinn-Tellurid-Schicht von der Grenze zum Eisen entfernt entsteht. Bemerkenswerterweise existiert es sogar bei Raumtemperatur.
Es wird beim Spintronik-Implementierungsprojekt helfennächste Generation und schaffen Quantencomputergeräte. Dazu sind lediglich Schichten erforderlich, die den quantenanomalen Hall-Effekt zeigen. Nun, wie diese Studie gezeigt hat, ist es ziemlich einfach zu bekommen.
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Titelbild: Simon Whitehead aus Australien, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons