De middeleeuwen waren zeker verre van wetenschapsvriendelijk:wie buiten de gebaande paden naar nieuwe vondsten zocht, werd bedreigd op de brandstapel. Vandaar, de bijdrage van dit tijdperk aan de technische vooruitgang wordt als vrij klein beschouwd. Wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), echter, werden geïnspireerd door middeleeuwse maliënkolders bij het produceren van een nieuw metamateriaal met nieuwe eigenschappen. Ze slaagden erin de Hall-coëfficiënt van een materiaal om te keren.

Het Hall-effect is het optreden van een transversale elektrische spanning over een elektrische geleider die door stroom wordt geleid, als deze geleider zich in een magnetisch veld bevindt. Dit effect is een fundamenteel natuurkundig fenomeen en maakt het mogelijk om de sterkte van magnetische velden te meten. Het is de basis van magnetische snelheidssensoren in auto's of kompassen in smartphones. Naast het meten van magnetische velden, het Hall-effect kan ook worden gebruikt om metalen en halfgeleiders te karakteriseren en in het bijzonder om de ladingsdragerdichtheid van het materiaal te bepalen. Het teken van de gemeten Hall-spanning maakt het mogelijk conclusies te trekken of ladingsdragers in het halfgeleiderelement positieve of negatieve lading dragen.

Wiskundigen voorspelden al theoretisch dat het mogelijk is om de Hall-coëfficiënt van een materiaal (zoals goud of silicium) om te keren, d.w.z. om het teken om te keren. Verwacht werd dat dit zou worden bereikt door een driedimensionale ringstructuur die lijkt op middeleeuwse maliënkolder. Echter, dit werd als moeilijk beschouwd, omdat de ringmaas van een miljoenste van een meter groot zou moeten zijn uit drie verschillende componenten.

Christian Kern, Muamer Kadic, en Martin Wegener van KIT's Institute of Applied Physics ontdekten nu dat één basismateriaal voldoende is, op voorwaarde dat de gekozen ringstructuur een bepaalde geometrische rangschikking volgt. Eerst, ze produceerden polymeersteigers met een 3D-printer met de hoogste resolutie. Vervolgens, ze bekleedden deze steigers met halfgeleidend zinkoxide.

Het resultaat van het experiment:de wetenschappers kunnen metamaterialen produceren met een positieve coëfficiënt, ook al hebben hun componenten negatieve coëfficiënten. Dit klinkt een beetje als de steen der wijzen, de Formule, waarmee middeleeuwse alchemisten probeerden de ene stof in de andere om te zetten. Maar hier, er vindt geen conversie plaats. "De ladingsdragers in het metamateriaal blijven negatief geladen elektronen, Christian Kern legt uit. "Zalmetingen laten ze alleen positief geladen lijken, omdat de structuur hen dwingt om omwegen te nemen."

Kern geeft toe dat deze ontdekking tot nu toe geen praktisch nut heeft. Er zijn voldoende vaste stoffen met zowel negatieve als positieve Hall-coëfficiënten. Maar Kern wil het onderzoek voortzetten. De volgende stap is de productie van anisotrope structuren met een Hall-spanning in de richting van het magnetische veld. Normaal gesproken, Hall-spanning wordt verticaal gericht op stroom en magnetische velden. Dergelijke onconventionele materialen zouden kunnen worden toegepast in nieuwe sensoren voor de directe meting van wervelingen van magnetische velden.