Фізики 150 років неправильно розуміли ефект Холла: новий експеримент усе змінив

Ефект Холла саме таким і був. Його відкрили у 1879 році, а згодом явище стало важливою основою для технологій, які визначають магнітні поля.

Тепер фізики показали, що одне з ключових припущень про цей ефект було неправильним. Виявилося, що він може виникати за умов, які раніше вважали непридатними для такого явища.

• Ефект, який довелося переосмислити

Ефект Холла виникає під час взаємодії електричного струму з магнітним полем. Його використовують у різних пристроях, зокрема для визначення наявності та напрямку магнітного поля.

Відкрив це явище американський фізик Едвін Холл у 1879 році. Протягом десятиліть вважалося, що для виникнення ефекту магнітне поле має бути спрямоване перпендикулярно до площини матеріалу.

Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Materials, показало інше. Ефект Холла може виникати навіть тоді, коли магнітне поле спрямоване вздовж площини матеріалу.

Це змінює уявлення про те, які умови необхідні для появи цього явища.

• Вчені знайшли спосіб «зіграти» із симетрією

Особливу увагу дослідники приділили магнітному різновиду явища, який називають аномальним ефектом Холла. Він може виникати завдяки власній намагніченості матеріалу.

Виявилося, що вектор цієї намагніченості не обов'язково повинен бути спрямований лише в одному конкретному напрямку. Саме це дозволило фізикам побачити ефект за умов, які раніше вважали неможливими.

Для експерименту вони створили надтонкий двовимірний матеріал із двох шарів: телуриду танталу-іридію (TaIrTe4) та феромагнітного напівпровідника телуриду хрому-германію (Cr2Ge2Te6).

Таке поєднання дало вченим можливість передати магнітні властивості немагнітному матеріалу й одночасно змінити його внутрішню симетрію.

Саме симетрія часто визначає, які фізичні явища можуть відбуватися всередині матеріалу. Створити матеріал із потрібним набором властивостей складно, однак дослідникам вдалося підібрати таку комбінацію шарів, яка відкрила нові умови для ефекту Холла.

• Чому це важливо

Результат може мати значення далеко за межами одного фізичного експерименту. Нове розуміння ефекту Холла потенційно допоможе створювати електронні пристрої нового покоління.

Ще цікавіше те, що дослідники продемонстрували спосіб керувати властивостями матеріалів через їхнє поєднання. Замість того щоб шукати один матеріал із потрібними характеристиками, можна комбінувати різні шари й таким чином змінювати їхню симетрію та фізичну поведінку.

У майбутньому подібний підхід може виявитися корисним і для квантових комп'ютерів, де контроль над незвичайними властивостями матеріалів має особливе значення.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

• Мультикоптери 19 століття: французький фантаст передбачив появу промислових дронів?
• Космічна подорож яблуні Ньютона: як легендарне дерево подолало земне тяжіння і опинилося на орбіті?
• 1200-річна таємниця зубів валлабі: археологи знайшли в Австралії незвичайні давні прикраси