Opdagelse af en ny Hall-effekt:Overtræder den Onsagers gensidige teorem?

Forskere ved University of Tsukuba og NIMS har observeret en ny Hall-effekt, hvor afbøjningsretningen af ​​strømmen varierer i overensstemmelse med den aktuelle strømningsretning. Onsagers gensidige teorem, en grundlæggende sætning i materialevidenskab, hævder umuligheden af ​​et sådant fænomen. Forskerne fandt dog ud af, at det observerede fænomen kunne forklares uden at modsige den gensidige sætning ved at antage et ukonventionelt magnetisk arrangement.

Hall-effekten, eller den unormale Hall-effekt, opstår, når elektrisk strøm flyder gennem en leder eller magnet i et magnetfelt og genererer spænding vinkelret på de elektriske og magnetiske feltretninger. Onsagers reciproke sætning siger, at elektronernes afbøjningsretning forbliver konstant, uanset strømmens retning i planet vinkelret på magnetfeltet eller magnetiseringen.

I en ny undersøgelse har forskere for første gang observeret en anisotrop anomal Hall-effekt i et spineloxid NiCo₂ O₄ tynd film med konisk magnetisk anisotropi; denne egenskab afhænger af strømmens retning. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

For at forstå dette fænomen overvejede forskere symmetrien af ​​den eksperimentelt observerede anisotrope anomale Hall-effekt fra et fænomenologisk perspektiv. Resultaterne indikerede involvering af en magnetisk struktur kaldet en klynget magnetisk toroidal quadrupol.

Derfor foreslog holdet en fysisk model, der forklarede den anisotrope anomale Hall-effekt uden at krænke Onsagers gensidige teorem. Denne model redegør med succes for sameksistensen af ​​den magnetiske toroidale quadrupol og ferromagnetisme på grund af konisk magnetisk anisotropi.

Flere oplysninger: Hiroki Koizumi et al., Quadrupole anomalous Hall-effekt i magnetisk induceret elektronnematisk tilstand, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43543-1

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of Tsukuba