Natuurkundigen hebben een nieuw apparaat geproduceerd dat het kwantum-abnormale Hall-effect kan aantonen. IN
Wat is het Hall-effect?
Het quantum Hall-effect is een macroscopisch fenomeen.De essentie ervan is dat de dwarsweerstand in het materiaal stapsgewijs verandert. Het kan worden waargenomen in tweedimensionale elektronische systemen. Dit vereist lage temperaturen en sterke magnetische velden.
Een tweedimensionaal systeem kan echter spontaangenereren hun eigen magnetische veld, zelfs bij afwezigheid van externe velden. Bijvoorbeeld met behulp van orbitaal ferromagnetisme, dat optreedt als gevolg van de interactie van elektronen. Dit is het afwijkende quantum Hall-effect.
Een voorbeeld van het effect in het echte leven
Als we een gewone draad nemen waardoorheen stroomtelektrische stroom, en het magnetische veld gebruiken, kunt u een nieuwe elektrische spanning creëren. Het zal loodrecht op de huidige stroom staan. Dit is het zogenaamde Hall-effect.
Bron: MaximeMartinez, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Er is de bijbehorende kwantumversieeffect dat optreedt met bepaalde stappen of quanta. Dit opende de mogelijkheid om het kwantum afwijkende Hall-effect te gebruiken om nieuwe sterk geleidende draden of zelfs kwantumcomputers te creëren. De fysica die tot dit fenomeen leidt, is echter nog steeds niet volledig begrepen.
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
Een groep onderzoekers onder leiding van medewerkersMaterials Science Institute van de Universiteit van Tsukuba gebruikte een topologisch isolatiemateriaal. Daarin vloeit de stroom naar de interfaces, maar gaat niet door de hoofdmassa om het kwantum afwijkende Hall-effect te veroorzaken.
Natuurkundigen hebben ontdekt dat het gebruik van ferromagnetisch materiaalmateriaal – ijzer – als de bovenste laag van het apparaat, kan het magnetische nabijheidseffect leiden tot magnetische ordening zonder wanorde te introduceren. Het zou veroorzaakt kunnen zijn door een alternatieve dopingmethode met magnetische onzuiverheden.
Bedenk dat de magnetische volgorde(geordende ruimtelijke rangschikking van magnetische momenten) wordt het meest bestudeerd in vaste stoffen met een lange-afstandsvolgorde in de rangschikking van atomen en een kristalrooster, op de knooppunten waarvan atomen met magnetische momenten periodiek worden gelokaliseerd.
Hoe was het experiment?
Als gevolg hiervan kan de stroom die wordt gegenereerd door het kwantum afwijkende Hall-effect zonder verstrooiing langs de laaggrens gaan. En dit is erg handig voor de werking van nieuwe energiebesparende apparaten.
Voor het maken van dunne filminstrumenten:eenkristal heterostructuur, die bestaat uit een laag ijzer bovenop tintelluride, werd op een sjabloon gekweekt door moleculaire bundelepitaxie. De onderzoekers maten de magnetisatie van het oppervlak met behulp van neutronen, die een magnetisch moment hebben maar geen elektrische lading.
Waar komt het op neer?
De wetenschappers ontdekten dat de ferromagnetische orde ongeveer twee nanometer in de tintelluridelaag vanaf de grens met ijzer wordt gevestigd. Opmerkelijk genoeg bestaat het zelfs bij kamertemperatuur.
Het zal helpen bij het spintronica-implementatieprojectvolgende generatie en maak kwantumcomputers. Dit vereist alleen lagen die het kwantum afwijkende Hall-effect demonstreren. Nu, zoals deze studie heeft aangetoond, is het vrij eenvoudig te verkrijgen.
Lees verder:
Het ruimtevliegtuig zal vracht afleveren aan het ISS en landen op een gewone "luchthaven"
De ster naderde het zwarte gat en het werd verscheurd: wetenschappers observeerden dit met drie telescopen
Natuurkundigen verklaren Hawking's 'kosmische mismatch': hoe het de wetenschap zal veranderen
Omslagfoto: Simon Whitehead uit Australië, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons