Når en elektrisk strøm passerer gennem nogle materialer, genererer den en spænding vinkelret i den retning, hvor strømmen flyder og af et påført magnetfelt. Dette fysiske fænomen, kendt som den anomale halleffekt, er blevet knyttet til de iboende egenskaber ved nogle materialer.
Den effektivitet, hvormed en langsgående strøm driver en tværgående spin-polariseret strøm i disse materialer, kaldes den anomale hallvinkel (θEN). I mange konventionelle magnetiske materialer er denne vinkel typisk meget lille, hvilket igen begrænser følsomheden af sensorer og andre enheder udviklet ved hjælp af disse materialer.
Forskere ved det kinesiske videnskabsakademi har introduceret en ny matematisk model, der giver dem mulighed for at modulere θEN I Magnetic Topological Semimetal Co3Sn2S2.
Deres tilgang, skitseret i et papir, der er offentliggjort i Naturelektronikkunne bidrage til den fremtidige udvikling af mere følsomme sensorer, der udnytter den anomale halleffekt.
“I 1881 fandt fysikeren Eh Hall et unikt elektromagnetisk fænomen i magnetiske materialer, den anomale halleffekt, der til en vis grad opfører sig som den normale hall-effekt, men relaterer tæt til magnetismen af ledere,” fortalte Enke Liu, medforfatter til papiret, til LektieForum.
“Imidlertid forbliver denne effekt altid på et lavt niveau, med en af dens nøgleparametre – anomal hallvinkel – at være temmelig lille. Denne lille vinkel resulterer i en lav køreeffektivitet af påført langsgående strømtæthed på tværgående hallens strømtæthed, hvilket hindrer anvendelserne af anomal halleffekt i hallsensors og spintroniske enheder.”
For syv år siden afslørede Liu og hans kolleger eksistensen af magnetiske weyl-fermioner, eksotiske, chirale og masseløse kvasipartikler, i en magnetisk topologisk semimetal. Disse spændende kvasipartikler viste sig at generere en topologisk forbedret Berry Curvature, et pseudomagnetisk felt i momentumområdet for kondenseret stof, der spiller en afgørende rolle i genereringen af den anomale halleffekt.
“Siden opdagelsen af denne fermion har vi forventet at opnå den gigantiske anomale halleffekt og hallvinklen ved at udnytte den magnetiske Weyl -fysik,” sagde Liu. “Vi håber at se den store anomale halleffekt kan bruges i de avancerede spin -enheder.”
I deres papir introducerer Liu og hans kolleger en to-variabel matematisk model for den anomale hallvinklet. Det unikke træk ved denne model er, at den udtrykker den anomale hallvinkel som en funktion af produktet af langsgående resistivitet og anomal hall -ledningsevne for første gang.
“I henhold til reglerne fra modellen implementerede vi de designede eksperimentelle skemaer på Magnetic Weyl Semimetal Co3Sn2S2 At realisere moduleringen i vinklen fra synspunkterne på iboende og ekstrinsiske mekanismer, herunder topologisk tilstand, let doping, temperatur og dimensionalitet, “forklarede Liu.
Ved hjælp af deres tilgang opnåede teamet en nulfelt gigantisk anomal hallvinkel på 25 ° (46%), hvilket er en ordre, der er højere end i konventionelle materialer i de sidste 70 år.
Efterfølgende udviklede de en ny anomal hallsensor, der opnåede en lavfrekvent magnetfeltdetekteringsevne på 23 nt/Hz0,5@1Hz og en hallfølsomhed på 7028 μΩ CM/T, som er henholdsvis 3 gange og 10 gange højere end dem fra aktuelt kendte anomale hallsensorer.
Det nylige arbejde fra dette team af forskere introducerer en ny universel strategi til indstilling af den anomale hallvinkel i magnetiske topologiske materialer. I fremtiden kunne det bane vejen for udviklingen af stadig mere avancerede og følsomme sensorer baseret på magnetiske materialer med større afvigende halleffekter.
“Vi leverer en proof-of-princip demonstration af topologiforbedret magnetisk sensing med høj ydeevne og forventes at fremme anvendelsen af magnetisk topologisk fysik i næste generations magneto-elektronik,” tilføjede Liu.
“Vi vil nu fortsætte med at finde nye magnetiske topologiske materialer og nye fysiske fænomener og fremme vores udforskninger af magnetisk topologisk fysik på avancerede topologiske kvanteenheder.”