Onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba en NIMS hebben een nieuw Hall-effect waargenomen waarbij de afbuigrichting van de stroom varieert afhankelijk van de stroomrichting. Onsagers wederkerige stelling, een fundamentele stelling in de materiaalkunde, beweert de onmogelijkheid van een dergelijk fenomeen. De onderzoekers ontdekten echter dat het waargenomen fenomeen verklaard kon worden zonder de wederkerige stelling tegen te spreken, door een onconventionele magnetische opstelling aan te nemen.

Het Hall-effect, of afwijkend Hall-effect, treedt op wanneer elektrische stroom door een geleider of magneet in een magnetisch veld vloeit, waardoor een spanning ontstaat die loodrecht op de elektrische en magnetische veldrichtingen staat. De wederkerige stelling van Onsager stelt dat de afbuigrichting van elektronen constant blijft, ongeacht de richting van de stroom in het vlak loodrecht op het magnetische veld of de magnetisatie.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers voor het eerst een anisotroop afwijkend Hall-effect waargenomen in een spineloxide NiCo₂ O₄ dunne film met conische magnetische anisotropie; deze eigenschap hangt af van de richting van de stroom. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Om dit fenomeen te begrijpen, beschouwden onderzoekers de symmetrie van het experimenteel waargenomen anisotrope afwijkende Hall-effect vanuit een fenomenologisch perspectief. De bevindingen wezen op de betrokkenheid van een magnetische structuur, een geclusterde magnetische torusvormige quadrupool.

Daarom stelde het team een ​​fysiek model voor dat het anisotrope afwijkende Hall-effect verklaarde zonder de wederkerige stelling van Onsager te schenden. Dit model verklaart met succes het naast elkaar bestaan ​​van de magnetische torusvormige quadrupool en ferromagnetisme als gevolg van conische magnetische anisotropie.

Meer informatie: Hiroki Koizumi et al, Quadrupole afwijkend Hall-effect in magnetisch geïnduceerde elektronennematische toestand, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43543-1

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit van Tsukuba