Сегодня 22 октября 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → магнетизм

Физики обнаружили аномальный эффект Холла в неожиданном месте

Явление магнетизма широко используется в электронике и запоминающих устройствах. Оба направления привлекают внимание большого круга учёных своей высочайшей практической ценностью. Очевидно, что границы возможностей и применяемых материалов постоянно нуждаются в расширении. Прорыв смогли совершить японские учёные, обнаружив уникальные магнитные свойства у материалов, которые, как считалось, не должны были их проявлять.

 Источник изображения: Ray et al 2025

Поиск взаимодействия между антиферромагнетизмом, зонной топологией и сильными электронными взаимодействиями. Источник изображения: Ray et al 2025

Магнитные материалы в лице ферромагнетиков с упорядоченными спинами электронов способны демонстрировать аномальный эффект Холла. Обычный эффект Холла возникает во внешнем магнитном поле при пропускании тока через магнитный образец. В случае аномального эффекта Холла поле в образце (разность потенциалов на его концах или напряжение) возникает в магнитном материале даже без внешнего магнитного поля.

Подобного явления никто не ожидал в случае антиферромагнетиков. Спины в таких материалах неупорядочены и компенсируют друг друга при противоположной ориентации. Однако даже в антиферромагнетиках были обнаружены признаки аномального эффекта Холла. Это означает, что в качестве магнитной памяти может использоваться новый класс материалов со своими уникальными свойствами, что потенциально обещает улучшение характеристик запоминающих устройств. Теперь необходимо тщательно разобраться в этом явлении и подвести фундаментальную научную базу — именно этим и занялись учёные из Японии.

«Ранее уже сообщалось об аномальном эффекте Холла, возникающем в определённом классе коллинеарных антиферромагнетиков, — говорят исследователи. — Однако наблюдаемые сигналы были чрезвычайно слабыми. Выявление аномального эффекта Холла без намагниченности представляло большой научный и технологический интерес».

«Одной из главных задач нашего исследовательского проекта было создание последовательной научной картины на основе наших наблюдений, — заявляют авторы новой работы. — Каждый шаг требовал тщательной интерпретации, особенно из-за структурных нарушений, характерных для систем дихалькогенидов переходных металлов (TMD)».

Учёные использовали семейство материалов под названием дихалькогениды переходных металлов в качестве двумерных строительных блоков. Вставляя магнитные ионы между атомными слоями, исследователи могли управлять движением и взаимодействием электронов. Модифицированная до трёхмерного состояния структура продемонстрировала новое поведение, невозможное в двумерной форме. Только после этого исследователям удалось измерить аномальный эффект Холла в широком диапазоне температур и магнитных полей.

Кроме того, учёные из США предоставили доказательства в виде микроскопических изображений образцов, подтверждающих коллинеарную антиферромагнитную структуру материала. Затем результаты были сопоставлены с теоретическим анализом и расчётами, выполненными группой учёных из Токийского университета.

Полученные результаты стали первым убедительным экспериментальным доказательством аномального эффекта Холла, наблюдаемого в коллинеарных антиферромагнетиках. Поскольку традиционно считается, что аномальный эффект Холла связан с намагниченностью, его обнаружение в подобных материалах указывает на явления, выходящие за рамки стандартного понимания. Исследователи предполагают, что это связано с уникальной структурой электронных зон материала, которая вызывает появление так называемого «виртуального магнитного поля» и усиливает аномальный эффект Холла в отсутствие намагниченности. Работа будет продолжена, поскольку полного понимания физики этого процесса пока не достигнуто.

Обнаружен новый вид магнетизма в немагнитных материалах — он обещает прорыв в системах хранения данных

Теоретически предсказанное явление альтермагнетизма (altermagnetism) впервые получило подтверждение в научном эксперименте. Международная группа учёных наблюдала магнитный вихрь в материале, который никогда не проявлял магнитных свойств. Таких материалов может быть сотни, и это — возможность тысячекратно уплотнить магнитную запись данных и совершить новый прорыв в вычислениях.

 Источник изображения: Oliver Amin/University of Nottingham

Источник изображения: Oliver Amin/University of Nottingham

Альтермагнетики сочетают в себе — в едином материале — полезные свойства ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Они потенциально могут привести к тысячекратному увеличению быстродействия микроэлектронных компонентов и цифровой памяти, будучи при этом более надёжными и энергоэффективными. Это третий класс магнетизма, который до этого года существовал лишь в моделях.

Старший научный сотрудник Оливер Амин (Oliver Amin), возглавлявший эксперимент и являющийся соавтором исследования, сказал: «Наша экспериментальная работа обеспечила связь между теоретическими концепциями и реализацией в реальной жизни, что, как мы надеемся, откроет путь к разработке альтернативных магнитных материалов для практического применения».

Магнитные свойства материала зависят от ориентации спина его электронов. В ферромагнитных материалах, таких как железо, которые обладают сильной реакцией на магнитные поля, спины всех электроны выровнены в одном направлении. В антиферромагнетике, в случае другого типа магнетизма, спины соседних электронов направлены в противоположных направлениях и, следовательно, нейтрализуют друг друга, поэтому материал в целом не реагирует на внешнее поле. В случае нового типа магнетизма спины электронов на соседних позициях также разнонаправлены, но эти направления постоянно и симметрично поворачиваются.

Новое экспериментальное исследование было проведено на международной установке MAX IV в Швеции. Это ускоритель электронов или синхротрон, который генерирует рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи направляются на магнитный материал, и электроны, испускаемые поверхностью образца, регистрируются с помощью специального микроскопа. Это позволяет получить изображение магнетизма в материале с разрешением вплоть до наноразмерных. В образце теллурида марганца — на его поверхности — учёные обнаружили циркулирующие магнитных вихри, которые укладываются в теоретические предсказания по альтермагнетизму.

Теллурид марганца, вероятно, не подойдёт для промышленного применения явления, хотя другой немагнитный полупроводник — антимонид хрома — вполне может им стать. Физики предсказывают, что более 100 соединений будут проявлять немагнитное поведение. За последний год опубликовано около 200 работ по альтермагнетизму, что говорит об интересе и нужде в новой и более плотной технологии записи данных. С такой активностью учёных нельзя исключать, что уже через 10 лет альтермагнетизм заявит о себе в виде коммерческого продукта. А вдруг?


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Жидкое стекло» Apple можно будет заматировать: представлена нова бета iOS 26.1 12 мин.
Сервисы AWS упали второй раз за день — тысячи сайтов по всему миру снова недоступны 8 ч.
Fujitsu влила £280 млн в британское подразделение в преддверии выплат компенсаций жертвам багов в её ПО Horizon 8 ч.
Календарь релизов 20 – 26 октября: Ninja Gaiden 4, Painkiller, Dispatch и VTM – Bloodlines 2 8 ч.
В Windows сломалась аутентификация по смарт-картам после октябрьских обновлений — у Microsoft есть временное решение 9 ч.
Вместо Majesty 3: российские разработчики выпустили в Steam амбициозную фэнтезийную стратегию Lessaria: Fantasy Kingdom Sim 9 ч.
Слухи: Лана Дель Рей исполнит заглавную песню для «Джеймса Бонда», но не в кино, а в игре от создателей Hitman 10 ч.
Зов сердца: разработчики Dead Cells объяснили, почему вместо Dead Cells 2 выпустили Windblown 11 ч.
Adobe запустила фабрику ИИ-моделей, заточенных под конкретный бизнес 11 ч.
Китай обвинил США в кибератаках на Национальный центр службы времени — это угроза сетям связи, финансовым системам и не только 12 ч.
Президент США подписал соглашение с Австралией на поставку критически важных минералов на сумму $8,5 млрд 18 мин.
Новая статья: Обзор смартфона realme 15 Pro: светит, но не греется 5 ч.
Ещё одна альтернатива платформам NVIDIA — IBM объединила усилия с Groq 5 ч.
Учёные создали кибер-глаз, частично возвращающий зрение слепым людям 6 ч.
Samsung выпустила недорогой 27-дюймовый геймерский монитор Odyssey OLED G50SF c QD-OLED, 1440p и 180 Гц 6 ч.
Акции Apple обновили исторический максимум на новостях об отличных продажах iPhone 17 8 ч.
Представлен флагман iQOO 15 с чипом Snapdragon 8 Elite Gen 5 и батареей на 7000 мА·ч по цене меньше $600 9 ч.
Нечто из космоса врезалось в лобовое стекло самолёта Boeing 737 MAX компании United Airlines 10 ч.
Умные кольца Oura научатся выявлять признаки гипертонии, как последние Apple Watch 11 ч.
Дешёвая корейская термопаста оказалась вредна для процессоров и здоровья пользователей 11 ч.