Forskere afslører Hall-effekt-mysteriet i deres søgen efter næste generations hukommelseslagringsenheder

Et internationalt hold af fysikere har gjort et fremskridt i brugen af ​​antiferromagnetiske materialer i hukommelseslagringsenheder.

Antiferromagneter er materialer, der har en indre magnetisme forårsaget af spin af elektroner, men næsten intet eksternt magnetfelt. De er af interesse på grund af deres potentiale for datalagring, da fravær af dette eksterne (eller "langrækkende") magnetiske felt betyder, at dataenhederne - bits - kan pakkes tættere ind i materialet.

Dette er i modsætning til ferromagneter, der bruges i standard magnetiske hukommelsesenheder. Bittene i disse enheder genererer magnetiske felter med lang rækkevidde, som forhindrer dem i at blive pakket for tæt, fordi de ellers ville interagere.

Den egenskab, der måles til at udlæse en antiferromagnetisk bit, kaldes Hall-effekten, som er en spænding, der vises vinkelret på den påførte strømretning. Hvis alle spins i antiferromagneten vendes, skifter Hall-spændingen fortegn. Så det ene tegn for Hall-spændingen svarer til et "1" og det andet tegn til et "0" - grundlaget for binær kode, der bruges i alle computersystemer.

Selvom videnskabsmænd har kendt til Hall-effekten i ferromagnetiske materialer i lang tid, er effekten i antiferromagneter kun blevet anerkendt i det sidste årti eller deromkring og er stadig dårligt forstået.

Et team af forskere ved University of Tokyo i Japan, Cornell og Johns Hopkins Universiteter i USA og University of Birmingham i Storbritannien har foreslået en forklaring på "Hall-effekten" i en Weyl antiferromagnet (Mn₃ Sn), et materiale, som har en særlig stærk spontan Hall-effekt.

Deres resultater, offentliggjort i Nature Physics , har implikationer for både ferromagneter og antiferromagneter - og derfor for næste generation af hukommelseslagringsenheder generelt.

Forskerne var interesserede i Mn₃ Sn fordi det ikke er en perfekt antiferromagnet, men har et svagt eksternt magnetfelt. Holdet ønskede at finde ud af, om dette svage magnetfelt var ansvarlig for Hall-effekten.

I deres eksperiment brugte holdet en enhed opfundet af Doctor Clifford Hicks ved University of Birmingham, som også er medforfatter på papiret. Enheden kan bruges til at påføre en afstembar belastning på det materiale, der testes. Ved at påføre denne belastning på denne Weyl-antiferromagnet observerede forskerne, at det resterende ydre magnetfelt steg.

Hvis det magnetiske felt drev Hall-effekten, ville der være en tilsvarende effekt på spændingen over materialet. Forskerne viste, at spændingen faktisk ikke ændrer sig væsentligt, hvilket beviser, at magnetfeltet ikke er vigtigt. I stedet konkluderede de, at arrangementet af roterende elektroner i materialet er ansvarlig for Hall-effekten.

Clifford Hicks, medforfatter på papiret ved University of Birmingham, siger, at "disse eksperimenter beviser, at Hall-effekten er forårsaget af kvantevekselvirkningerne mellem ledningselektroner og deres spins. Resultaterne er vigtige for at forstå - og forbedre - magnetisk hukommelse teknologi." + Udforsk yderligere

Ny halvleder giver nyt perspektiv på unormal Hall-effekt