Huonelämpötilainen Hall-ilmiö ilman magneettikenttää

Perinteinen Hall-ilmiö esiintyy sähkö- tai puolijohteissa vain magneettikentän läsnä ollessa. Tällöin muodostuva Hall-jännite voidaan mitata kohtisuorassa virtaan nähden ja on suoraan verrannollinen syötettyyn virtaan.

Äskettäin löydetty ei-vastavuoroinen Hall-ilmiö ei kuitenkaan vaadi magneettikenttää. Penn Staten Zhiqiang Maon ja MIT:n Liang Fun johtamat ryhmät havaitsivat uuden vaikutuksen jossa Hall-jännitteen ja käytetyn virran välinen suhde onkin nyt verrannollinen virran neliöön. He tekivät löydön mikrorakenteissa, jotka koostuivat piille kerrostetuista teksturoiduista platinan nanohiukkasista.

Toisin kuin perinteinen Hall-ilmiö, jota ohjaa magneettikentän indusoima voima, ei-vastavuoroinen Hall-ilmiö syntyy virtaavien elektronien vuorovaikutuksesta teksturoitujen platinan nanohiukkasten kanssa.

"Tässä työssä raportoimme ensimmäisestä havainnosta huoneenlämmössä toimivasta jättimäisestä ei-vastavuoroisesta Hall-ilmiöstä", Mao sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

"Esittelimme myös tämän vaiktuksen mahdollisia sovelluksia laajakaistaisten taajuuksien sekoitukseen ja langattomaan mikroaaltojen ilmaisemiseen. Tämä korostaa ei-vastavuoroisten Hall-rakenteiden valtavia mahdollisuuksia terahertsiviestintään, kuvantamiseen ja energian keräämiseen."

Työ perustuu sen ymmärtämiseen, kuinka elektronit voivat sirota epäsymmetrisesti vuorovaikutuksessa materiaalin epäsymmetristen hiukkasten kanssa. Tämä prosessi johtaa Ohmin lain rikkomiseen, jonka mukaan johtimen läpi kulkeva virta on verrannollinen käytettyyn jännitteeseen. Tämän lain mukaan Hall-jännitteen tulee olla nolla, jos magneettikenttää ei ole. Kuitenkin ei-käänteinen Hall-jännite, joka skaalautuu neliöllisesti teksturoitujen platinananohiukkasten virran kanssa nollamagneettikentässä, haastaa tämän periaatteen.

Fysiikan ja materiaalitieteen Zhiqiang Mao toteaa, että työllä voi olla potentiaalisia sovelluksia teknologioissa, kuten kvanttitasasuuntauksessa tai vaihtovirtojen muuntamisessa tasavirraksi, ja valontunnistukseen, joka sisältää sähköisten signaalien tuottamisen valosta. Lisäksi tämä voimakas ei-vastavuoroinen Hall-efekti helpottaa laajakaistaisten taajuuksien sekoittamista.

"Tämä läpimurto syventää ymmärrystämme materiaalien varauksensiirrosta", Mao sanoi ja korosti, että avain ei-vastavuoroisen Hall-ilmiön esiintymiseen teksturoiduissa platinananohiukkasissa on epäsymmetrinen elektronien sironta, Mao jatkaa.

"Tämä epäsymmetria paljastaa epätasaisia piirteitä muuten yhtenäisessä maisemassa, ja juuri näiltä alueilta saamme todennäköisimmin uusia oivalluksia."

Aiheesta aiemmin:

Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa

Kvantti-ilmiön sähköinen ohjaus

Kierteinen valo vapauttaa tiedonsiirtoa

Yksisuuntainen radiotie synteettisellä Hall-efektillä