Фізики виготовили новий пристрій, який може продемонструвати аномальний квантовий ефект Холла. У
Що таке ефект Холла?
Квантовий ефект Холла – макроскопічне явище.Його суть у тому, що поперечний опір у матеріалі змінюється східчасто. Його можна спостерігати у двовимірних електронних системах. Для цього потрібні низькі температури та сильні магнітні поля.
Однак двовимірна система може спонтанним чиномгенерувати власне магнітне поле, навіть за відсутності зовнішніх полів. Наприклад, за допомогою орбітального феромагнетизму, що відбувається внаслідок взаємодії електронів. Це і є аномальний квантовий ефект Холла.
Приклад ефекту у житті
Якщо взяти звичайний провід, яким течеелектричний струм, і використовувати магнітне поле, можна створити нову електричну напругу. Воно буде перпендикулярне потоку струму. Це і є так званий ефект Холла.
Джерело: MaximeMartinez, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Існує його відповідна квантова версіяефекту, що виникає з певними прирощеннями чи квантами. Це відкрило можливість використання квантового аномального ефекту Холла для створення нових високопровідних проводів або квантових комп'ютерів. Однак фізика, яка призводить до цього явища, досі не повністю вивчена.
Що зробили вчені?
Група дослідників на чолі зі співробітникамиІнститут матеріалознавства Університету Цукуба використовував матеріал топологічного ізолятора. У ньому струм тече на межах розділу, але не проходить через основну масу, щоб викликати аномальний квантовий ефект Холла.
Фізики з'ясували, що використовуючи феромагнітнийматеріал - залізо - як верхній шар пристрою, магнітний ефект близькості може призвести до магнітного впорядкування без внесення безладу. Його міг спричинити альтернативний метод легування магнітними домішками.
Нагадаємо, що магнітне впорядкування(упорядковане просторове розташування магнітних моментів) найбільш вивчене в твердих тілах, що володіють далеким порядком у розташуванні атомів та кристалічною решіткою, у вузлах яких періодично розташовуються атоми з магнітними моментами.
Як проходив експеримент?
У результаті струм, створюваний квантовим аномальним ефектом Холла, може проходити вздовж межі шару без розсіювання. А це дуже корисно для нових енергозберігаючих пристроїв.
Для виготовлення приладу тонку плівкумонокристалічної гетероструктури, що складається з шару заліза поверх телуриду олова, виростили на шаблоні методом молекулярно-променевої епітаксії. Дослідники виміряли намагніченість поверхні за допомогою нейтронів, які мають магнітний момент, але у них немає електричного заряду.
Що в підсумку?
Вчені виявили, що феромагнітний порядок встановлюється приблизно у двох нанометрах у шарі телуриду олова від кордону із залізом. Примітно, що він існує навіть за кімнатної температури.
Це допоможе у проекті реалізації спинтронікинаступного покоління та створити квантові обчислювальні пристрої. Для цього потрібні шари, які демонструють квантовий аномальний ефект Холла. Тепер, як показало це дослідження, його легко отримати.
Читати далі:
Космічний літак доставить вантажі на МКС та приземлиться у звичайному «аеропорті»
Зірка наблизилася до чорної дірки та її розірвало: вчені спостерігали це з трьох телескопів
Фізики пояснили «космічну нестиковку» Хокінга: як це змінить науку
Фото на обкладинці: Simon Whitehead from Australia, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons