Manyetik Sıralama Sıcaklığının Üstünde Anormal Hall Etkisi

Kredi: Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Masaki Uchida

Tokyo Tech malzeme bilimcileri, yeni bir manyetik yarı iletkende büyük ölçekli manyetik sıralamanın yokluğunda büyük, alışılmadık bir anormal Hall direnci olduğunu gösterdi ve yakın zamanda yapılan bir teorik öngörüyü doğruladı. Bulguları, daha önce uzun menzilli manyetik düzen ile ilişkilendirilmiş olan bir kuantum fenomeni olan anormal Hall etkisine yeni bakış açıları sağlıyor.

Elektronlar gibi yüklü parçacıklar, elektrik ve manyetik alanların etkisi altında hareket ederken etkileşimli şekillerde davranabilirler. Örneğin, akım taşıyan bir iletkenin düzlemine dik bir manyetik alan uygulandığında, içinden akan elektronlar manyetik kuvvet nedeniyle yana doğru sapmaya başlar ve çok geçmeden iletken boyunca bir voltaj farkı ortaya çıkar. Bu fenomene ünlü olarak “Hall etkisi” denir. Bununla birlikte, Hall etkisi mutlaka mıknatıslarla uğraşmayı gerektirmez. Aslında, ferromıknatıslar gibi uzun menzilli manyetik düzene sahip manyetik malzemelerde ücretsiz olarak gözlemlenebilir!

“Anormal Hall etkisi” (AHE) olarak adlandırılan bu fenomen, Hall etkisinin yakın bir kuzeni gibi görünmektedir. Bununla birlikte, mekanizması çok daha fazla dahil. Şu anda en çok kabul edileni, AHE’nin, elektronun dönüşü ile malzeme içindeki hareketi arasındaki etkileşimden kaynaklanan ve daha yaygın olarak “spin-yörüngesi” olarak bilinen “Berry eğriliği” adı verilen elektronik enerji bantlarının bir özelliği tarafından üretildiğidir. etkileşim.”

AHE için manyetik sıralama gerekli midir? Yakın tarihli bir teori aksini gösteriyor. “Teorik olarak, manyetik düzenin kaybolduğu sıcaklığın üzerinde bile, özellikle düşük yük taşıyıcı yoğunluğu, elektronlar arasında güçlü değişim etkileşimi ve dönüş yönü ile ilgili sonlu dönüş kiralitesi olan manyetik yarı iletkenlerde büyük bir AHE’nin mümkün olduğu öne sürülmüştür. Hareketin yönü ile ilgili olarak,” diye açıklıyor araştırma odağı yoğun madde fiziğinde olan Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden (Tokyo Tech) Doçent Masaki Uchida.

Meraklı, Dr. Uchida ve Japonya’dan iş arkadaşları bu teoriyi test etmeye karar verdiler. Yayınlanan yeni bir çalışmada Bilim Gelişmeleri, sadece tuhaf bir çarpık üçgen kafes yapısına sahip olduğu bilinen yeni bir manyetik yarı iletken EuA’nın manyetik özelliklerini araştırdılar ve 23 K’nin altında bir antiferromanyetik (AFM) davranış (ters yönlerde hizalanmış komşu elektron dönüşleri) gözlemlediler. Malzemenin elektrik direnci, “devasa manyetodirenç” (CMR) olarak bilinen bir davranış olan, harici bir manyetik alanın varlığında sıcaklıkla önemli ölçüde düştü. Bununla birlikte, daha ilginç bir şekilde, CMR, AFM düzeninin ortadan kalktığı 23 K’nin üzerinde bile gözlendi.

“Doğal olarak, EuA’larda gözlemlenen CMR’nin, seyreltilmiş taşıyıcılar ile lokalize Eu arasındaki bir eşleşmeden kaynaklandığı anlaşılmaktadır.2+ geniş bir sıcaklık aralığında devam eden dönüşler”, diyor Dr. Uchida.

Bununla birlikte, gösteriyi gerçekten çalan şey, AFM sipariş sıcaklığının çok üzerinde, 70 K’lık bir sıcaklıkta zirve yapan, büyük AHE’nin manyetik düzen olmadan gerçekten mümkün olduğunu gösteren, sıcaklıkla Hall direncindeki artıştı. Ekip, bu alışılmadık derecede büyük AHE’ye neyin neden olduğunu anlamak için, etkinin, elektronların akmadığı bir “atlama rejiminde” üçgen kafes üzerindeki bir spin kümesi tarafından elektronların çarpık bir şekilde saçılmasına atfedilebileceğini gösteren model hesaplamaları yaptı. daha ziyade “atladı” atom atoma.

Bu sonuçlar bizi manyetik katıların içindeki elektronların tuhaf davranışlarını anlamaya bir adım daha yaklaştırıyor. İyimser bir Dr. Uchida, “Bulgularımız üçgen kafesli manyetik yarı iletkenlere ışık tutmaya yardımcı oldu ve potansiyel olarak seyreltilmiş taşıyıcıları alışılmadık dönüş sıralamaları ve dalgalanmalarla bir araya getiren yeni bir araştırma alanına yol açabilir” diyor.

Gerçekten de, elektronların sonsuz büyüleyici kuantum dünyasında yeni keşifler ufukta olabilir!

Referans: Masaki Uchida, Shin Sato, Hiroaki Ishizuka, Ryosuke Kurihara, Taro Nakajima, Yusuke Nakazawa, Mizuki Ohno, Markus Kriener, Atsushi Ohno, Kazuki tarafından “Üçgen kafesli manyetik yarı iletkende yüksek sipariş sıcaklığı büyük anormal Hall etkisi” , Toshiaki Morikawa, Mohammad Saeed Bahramy, Taka-hisa Arima, Masashi Tokunaga, Naoto Nagaosa ve Masashi Kawasaki, 22 Aralık 2021, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126 / sciadv.abl5381





#Yeni #Manyetik #Yarı #İletken #Anormal #Hall #Etkisine #Yeni #Bir #Bakış #Açısı #Sağlıyor