Фізики зафіксували ефект Холла без намагніченості
Міжнародна команда вчених виявила аномальний ефект Холла в колінеарному антиферомагнетику, що суперечить фундаментальним принципам фізики твердого тіла та відкриває нові перспективи для квантових технологій.
Фундаментальні дослідження сприяють технологічним інноваціям, поглиблюючи наше розуміння взаємодії між антиферомагнетизмом, зонною топологією та сильною електронною взаємодією. Фото: Ray et al 2025
Виклик традиційним уявленням про магнетизм
Основи магнетизму будуються на понятті "спіну" - внутрішньої властивості електронів, що може бути орієнтована "вгору" або "вниз". У феромагнетиках спіни вирівнюються в одному напрямку, створюючи намагніченість. Це явище спричиняє "аномальний ефект Холла" - виникнення електричної напруги перпендикулярно прикладеному струму без зовнішнього поля.
Антиферомагнетики традиційно вважалися непридатними для цього ефекту. Їхні спіни спрямовані протилежно, що нівелює намагніченість. Проте дослідження під керівництвом Сатору Накацудзі та Маюха Кумара Рея спростувало цю фундаментальну концепцію.
Методологія експерименту з новітніми матеріалами
Команда використала "дихалькогеніди перехідних металів" (TMD) як двовимірні будівельні блоки. Мінксуан Фу очолила експериментальну частину дослідження. "Кожен крок вимагав ретельної інтерпретації, особливо через структурну невпорядкованість", - зазначає вона.
Вставляючи магнітні іони між атомними шарами,
дослідники створили тривимірні структури. Це дозволило маніпулювати рухом електронів у принципово новий спосіб. Група Колліна Брохольма з Університету Джона Гопкінса підтвердила колінеарну антиферомагнітну структуру матеріалу.
Неочікувані результати в рідині Фермі
Найбільш вражаючим відкриттям став прояв ефекту в стані "неферміївської рідини" - системі, де електрони не підкоряються стандартним теоретичним моделям. "Раніше вже повідомлялося про аномальний ефект Холла в певному класі колінеарних антиферомагнетиків", - пояснює Накацудзі. Однак попередні сигнали були надзвичайно слабкими.
Тепер вчені отримали перші переконливі експериментальні докази цього явища. Результати, опубліковані в Nature Communications, демонструють виникнення ефекту за повної відсутності намагніченості. Це відкриття потребує перегляду фундаментальних підручників з фізики.
Теоретичне обґрунтування та майбутні перспективи
Дослідники припускають, що феномен пов'язаний з унікальною структурою електронних смуг матеріалу. Ця структура створює "віртуальне магнітне поле", яке підсилює аномальний ефект Холла без намагніченості. Група Рьотаро Аріта з Токійського університету провела теоретичний аналіз, що підтверджує гіпотезу.
"Ми шукаємо експериментальне підтвердження цієї гіпотези і активно проводимо низку подальших досліджень", - повідомляє Накацудзі. Вчені планують використати раманівську спектроскопію для детального вивчення механізмів явища.
Це відкриття значно розширює спектр антиферомагнітних матеріалів для майбутніх інформаційних технологій. Воно демонструє, як фундаментальні дослідження сприяють технологічним інноваціям, поглиблюючи розуміння взаємодії між антиферомагнетизмом та квантовими явищами.