Ефект Холла змусили працювати «вбік»: один наноприлад зафіксував поле у двох напрямках

03 вересня 2026 р. 20:05

03 вересня 2026 р. 20:05

Фізики з Університету Карнегі-Меллон вперше експериментально продемонстрували незвичайний варіант ефекту Холла: електричний сигнал виникає не лише тоді, коли магнітне поле спрямовано поперек тонкої плівки, а й коли намагніченість пролягає вздовж її поверхні.

У результаті один ультратонкий пристрій зміг реагувати на магнітне поле в кількох напрямках. У перспективі це може спростити конструкцію датчиків, яким сьогодні для вимірювання різних компонентів поля часто потрібні кілька чутливих елементів.

Деталі

Ефект Холла відомий з XIX століття. Якщо через матеріал проходить струм, а магнітне поле спрямовано поперек нього, рухомі заряди відхиляються вбік. Через це між краями зразка виникає напруга. За нею фізики визначають, які носії заряду рухаються в матеріалі, скільки їх і наскільки вільно вони переміщуються.

Довгий час вважалося, що для такого ефекту важлива насамперед складова намагніченості, спрямована перпендикулярно до тонкої плівки. Теоретично можливість отримати аномальний ефект Холла навіть при намагніченості вздовж поверхні обговорювалася, але експериментально її не вдавалося продемонструвати.

Команда Carnegie Mellon зібрала пристрій із декількох атомних шарів телуриду танталу та іридію TaIrTe4 і магнітного матеріалу Cr2Ge2Te6. Шари розташовані настільки близько, що магнітні властивості одного матеріалу впливають на сусідній, не позбавляючи його характерних електронних властивостей.

У такому пристрої дослідники зареєстрували відразу два сигнали: звичайний, пов’язаний із намагніченістю поперек плівки, та додатковий — коли намагніченість спрямована вздовж її поверхні. У статті в журналі «Nature Materials» автори також повідомляють, що величиною незвичайного сигналу можна керувати за допомогою електричної напруги на затворі.

Розрахунки показують, що ключову роль відіграє незвичайна симетрія системи та взаємодія між рухом електронів і їхніми магнітними властивостями на межі двох шарів. Однак точний механізм ще уточнюється: самі автори зазначають, що для остаточної відповіді потрібно детальніше дослідити тонкі шари TaIrTe4.

Є й практичне обмеження. Ефект спостерігали у спеціально створеній структурі, коли магнітний шар ставав феромагнітним за низької температури. Зараз команда перевіряє інші поєднання матеріалів і намагається зрозуміти, чи можна отримати такий самий відгук за кімнатної температури.

Чому це важливо

Головна цінність роботи полягає в тому, що один і той самий мініатюрний прилад може розрізняти кілька напрямків магнітного поля. Серед можливих застосувань автори називають векторну магнітометрію — вимірювання не тільки сили поля, а й його напрямку.

Такі датчики потенційно корисні в електроніці, транспорті, навігації та медичному обладнанні. Якщо потрібний ефект вдасться стабільно отримувати при звичайних температурах, складні багатокоординатні вимірювання можна буде виконувати за допомогою простішої системи.

Але до готового сенсора ще далеко. Робота насамперед демонструє новий фізичний принцип у спеціально підібраній атомно-тонкій конструкції. Її ще потрібно зробити стійкою, відтворюваною та придатною для роботи поза лабораторією.

Джерело

Вихідний матеріал: Phys.org — «Physicists take Hall effect in a new direction» , 31 серпня 2026 року. Матеріал базується на повідомленні Carnegie Mellon University.

Прес-реліз: Університет Карнегі-Меллона — «CMU Physicists Take Hall Effect in a New Direction» , автор — Емі Павлак Лейрд.

Наукова публікація: I-Hsuan Kao, Ravi Kumar Bandapelli, Zhenhong Cui та співавтори, «In-plane anomalous Hall effect in a low-dimensional system» , журнал «Nature Materials», опубліковано 28 травня 2026 року. DOI: 10.1038/s41563-026-02611-9.

Наука