Un nouveau semi-conducteur ouvre de nouvelles perspectives sur l’effet Hall anormal


Un nouveau semi-conducteur ouvre de nouvelles perspectives sur l'effet Hall anormal

Crédit photo : Masaki Uchida du Tokyo Institute of Technology

Une résistance Hall anormale importante, non conventionnelle dans un nouveau semi-conducteur magnétique sans ordre magnétique à grande échelle a été démontrée par les scientifiques des matériaux de Tokyo Tech et a ainsi confirmé une prédiction théorique actuelle. Leurs résultats fournissent de nouvelles informations l’effet Hall , un phénomène quantique auparavant associé à un ordre magnétique de grande envergure.

Les particules chargées telles que les électrons peuvent interagir sous l’influence de champs électriques et magnétiques. Par exemple, si un magnétique est appliqué perpendiculairement au plan d’un conducteur porteur de courant, les électrons qui y circulent commencent à dévier latéralement en raison de la force magnétique, et une différence de tension se produit bientôt à travers le conducteur. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Hall. Cependant, l’effet Hall ne nécessite pas nécessairement de jouer avec des aimants. En effet, il peut être observé gratuitement dans des matériaux magnétiques d’ordre magnétique étendu, tels que les ferroaimants.

Ce phénomène, connu sous le nom d’« effet Hall anormal » (AHE), semble être un proche parent de l’effet Hall. Cependant, son mécanisme est beaucoup plus compliqué. Actuellement, le plus largement admis est que l’AHE est créé par une propriété des bandes d’énergie électronique appelée « courbure de Berry », qui résulte d’une interaction entre le spin de l’électron et son mouvement dans la matière, mieux connue sous le nom d' »orbite de spin ». Interaction. »

Ai-je besoin d’une commande magnétique pour AHE ? Une théorie plus récente suggère le contraire. « Il a été théoriquement suggéré qu’un grand AHE est possible même au-dessus de la à laquelle l’ordre magnétique disparaît, en particulier dans les semi-conducteurs magnétiques avec une faible densité de porteurs de charge, une forte interaction d’échange entre les électrons et une chiralité de spin finie, qui se rapporte à la direction de spin par rapport à la direction du mouvement », explique le professeur agrégé Masaki Uchida du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), dont les recherches portent sur la physique de la matière condensée.

Curieusement, le Dr. Uchida et ses collègues du Japon ont mis cette théorie à l’épreuve. Dans une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiquesils ont étudié les propriétés magnétiques d’un nouveau semi-conducteur magnétique EuAs, dont seule une structure de triangulaire déformée particulière est connue, et ont observé un comportement antiferromagnétique (AFM) (les spins des électrons voisins sont orientés dans des directions opposées) en dessous de 23 K. Ils ont également observé que la résistance électrique du matériau diminuait considérablement avec la température en présence d’un champ magnétique externe, un comportement connu sous le nom de « magnétorésistance colossale » (CMR). Plus intéressant cependant, le CMR a été observé même au-dessus de 23 K, où l’ordre AFM a disparu.

« Il va sans dire que la CMR observée dans les EuAs est causée par le couplage entre les porteurs amincis et les Eu localisés2+ Des vrilles qui persistent sur une large plage de températures », commente le Dr Uchida.

Ce qui a vraiment volé la vedette, cependant, c’est l’augmentation de la résistance Hall avec la température, culminant à une température de 70K, bien au-dessus de la température d’ordre AFM, montrant qu’un grand AHE était en effet possible sans ordre magnétique. Pour comprendre ce qui a causé cet AHE inhabituellement grand, l’équipe a effectué des calculs de modèle qui ont montré l’effet de la diffusion asymétrique des électrons par un amas de spins sur le réseau triangulaire dans un « régime de saut » dans lequel les électrons ne peuvent pas être attribués à un flux, mais plutôt « sauter » d’atome en atome.

Ces résultats nous rapprochent un peu plus de la compréhension du comportement étrange des électrons dans les solides magnétiques. « Nos résultats ont aidé à faire la lumière sur les semi-conducteurs magnétiques à réseau triangulaire et pourraient potentiellement conduire à un nouveau domaine de recherche ciblant les porteurs de charge dilués associés à des ordres et des fluctuations de spin non conventionnels », commente le Dr. Uchida optimiste.

En fait, de nouvelles découvertes pourraient être faites dans le monde quantique infiniment fascinant des électrons à l’horizon.


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Plus d’information:
Masaki Uchida et al., Over-Order Temperature Large Anomalous Hall Effect in a Magnetic Triangle Lattice Semiconductor, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abl5381

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Devis: Un nouveau semi-conducteur offre une nouvelle perspective sur l’effet Hall anormal (2021, 22 décembre), consulté le 22 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-semiconductor-perspective-anomalous-hall-effect. html

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