Er is een nieuw apparaat gefabriceerd dat het kwantum afwijkende Hall-effect kan aantonen, waarbij kleine, discrete spanningsstappen worden gegenereerd door een extern magnetisch veld. Dit werk kan elektronica met extreem laag vermogen mogelijk maken, evenals toekomstige kwantumcomputers.

Als je een gewone draad neemt waar elektrische stroom doorheen loopt, kun je een nieuwe elektrische spanning creëren loodrecht op de stroomstroom door een extern magnetisch veld aan te leggen. Dit zogenaamde Hall-effect is gebruikt als onderdeel van een eenvoudige magnetische sensor, maar de gevoeligheid kan laag zijn.

Er is een overeenkomstige kwantumversie, het kwantum afwijkende Hall-effect dat in gedefinieerde stappen of quanta komt. Dit heeft de mogelijkheid vergroot om het kwantum afwijkende Hall-effect te gebruiken voor het bouwen van nieuwe sterk geleidende draden of zelfs kwantumcomputers. De fysica die tot dit fenomeen leidt, is echter nog steeds niet volledig begrepen.

Nu heeft een team van onderzoekers onder leiding van het Institute of Materials Science aan de Universiteit van Tsukuba een topologisch isolatiemateriaal gebruikt, waarin stroom aan de interfaces maar niet door de bulk stroomt, om een ​​kwantum abnormaal Hall-effect te induceren.

Door een ferromagnetisch materiaal, ijzer, als de bovenste laag van het apparaat te gebruiken, kan het magnetische nabijheidseffect magnetische ordening produceren zonder wanorde te introduceren die zou worden veroorzaakt door een alternatieve methode van doping met magnetische onzuiverheden. "Stroom geproduceerd door het kwantum afwijkende Hall-effect kan zonder dissipatie langs het grensvlak van een laag reizen, wat kan worden gebruikt in nieuwe energiebesparende apparaten", zegt professor Kuroda Shinji.

Om het apparaat te vervaardigen, werd een dunne film van een eenkristal heterostructuur bestaande uit een ijzerlaag bovenop tintelluride gekweekt op een sjabloon met behulp van moleculaire bundelepitaxie. De onderzoekers maten de magnetisatie van het oppervlak met behulp van neutronen, die een magnetisch moment hebben maar geen elektrische lading.

Ze ontdekten dat de ferromagnetische orde ongeveer twee nanometer in de tintelluridelaag doordringt vanaf het grensvlak met ijzer en zelfs bij kamertemperatuur kan bestaan. "Ons onderzoek wijst de weg naar een middel om de volgende generatie spintronica en kwantumcomputerapparatuur te realiseren", zegt professor Kuroda.

Deze toepassingen kunnen lagen vereisen die het kwantum afwijkende Hall-effect vertonen, waarvan dit onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is en gemakkelijk kan worden geproduceerd.

Het onderzoek is gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letters . + Verder verkennen

Wetenschappers ontrafelen 'Hall-effect'-mysterie op zoek naar geheugenopslagapparaten van de volgende generatie