Nieuwe materialen vertonen soms spectaculaire weerstandsverschijnselen, hoewel de verklaring niet altijd exotisch blijkt te zijn. Natuurkundigen van het Nijmegen High Field Magnet Laboratory (HFML) en de ETH in Zürich hebben aangetoond dat een eenvoudig natuurkundig model voldoende is om het fenomeen lineaire magnetoweerstand te verklaren. Ze publiceerden hun resultaten deze week in een Editor's Suggestion-artikel in Fysieke beoordelingsbrieven .

Het meten van de elektrische weerstand van een materiaal in een magnetisch veld (de magnetoweerstand) is vaak een eerste stap op weg naar het ontdekken van nieuwe elektronische eigenschappen. Sinds de opkomst van grafeen in 2005, er zijn veel nieuwe materialen met onconventionele eigenschappen ontdekt, inclusief topologische isolatoren, en Weyl en Dirac halfmetalen. Deze materialen vertonen een lineaire schaal van hun energie met momentum, een zogenaamde dispersierelatie waarbij elektronen in een vaste stof zich gedragen als massaloze deeltjes (vergelijkbaar met lichte deeltjes, zogenaamde fotonen). Dergelijke nieuwe elektronische eigenschappen zijn interessant voor mogelijke toepassingen in informatie- en opto-elektronische technologieën. In veel van deze materialen de weerstand blijkt lineair toe te nemen met het magnetische veld - een fenomeen dat we lineaire magnetoweerstand (LMR) noemen.

'Eenvoudige' en algemene verklaring voor lineaire magnetoweerstand

Onderzoekers van het High Field Magnet Laboratory (HFML) - een samenwerking tussen de Radboud Universiteit en de Stichting FOM - en ETH Zürich hebben nu de weerstand gemeten van een ultraschone GaAs (Gallium arsenide) kwantumput die nog niet zo'n lineaire energierelatie heeft. Ze hebben een sterke LMR gevonden die lijkt op die in de hierboven gemarkeerde materialen:topologische isolatoren, Weyl en Dirac halfmetalen. De oorsprong van de LMR is in dit geval waarschijnlijk gerelateerd aan kleine variaties in de dichtheid door de vaste stof die niet kunnen worden vermeden in conventionele materiaalgroeitechnieken. Dit leidt tot een bijdrage van een lineaire Hall-weerstand veroorzaakt door de Lorentzkracht in een magnetisch veld op een bewegend elektron op de gemeten magnetoweerstand. Deze ontdekking leert ons een belangrijke les:dat exotische verklaringen voor spectaculaire verschijnselen niet altijd het antwoord zijn.