Medeltiden var verkligen långt ifrån vetenskapsvänlig:Den som letade efter nya fynd utanför misshandlad banan stod inför hotet att bli bränd på bålet. Därav, bidraget från denna era till den tekniska utvecklingen anses vara ganska litet. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dock, inspirerades av medeltida brevpansar när de producerade ett nytt metamaterial med nya egenskaper. De lyckades vända Hall -koefficienten för ett material.

Hall -effekten är förekomsten av en tvärgående elektrisk spänning över en elektrisk ledare som passeras av strömflödet, om denna ledare är placerad i ett magnetfält. Denna effekt är ett grundläggande fenomen i fysiken och gör det möjligt att mäta styrkan hos magnetfält. Det är grunden för magnetiska hastighetssensorer i bilar eller kompasser i smartphones. Förutom att mäta magnetfält, Hall -effekten kan också användas för att karakterisera metaller och halvledare och i synnerhet för att bestämma materialets laddningsbärartäthet. Tecknet på den uppmätta Hall -spänningen gör att man kan dra slutsatser om laddningsbärare i halvledarelementet bär positiv eller negativ laddning.

Matematiker förutspådde redan teoretiskt att det är möjligt att vända Hall -koefficienten för ett material (t.ex. guld eller kisel), dvs att vända sitt tecken. Detta förväntades uppnås genom en tredimensionell ringstruktur som liknade medeltida brevpansar. Dock, detta ansågs svårt, eftersom ringenätet på en miljontedel av en meter i storlek måste bestå av tre olika komponenter.

Christian Kern, Muamer Kadic, och Martin Wegener från KIT:s Institute of Applied Physics fann nu att ett enda grundmaterial är tillräckligt, förutsatt att den valda ringstrukturen följer ett visst geometriskt arrangemang. Först, de producerade polymerställningar med en högsta upplösning 3D-skrivare. Sedan, de belagde dessa ställningar med halvledande zinkoxid.

Resultatet av experimentet:Forskarna kan producera metamaterial med en positiv koefficient, även om deras komponenter har negativa koefficienter. Det här låter lite som filosofens sten, formeln, med hjälp av vilka medeltida alkemister försökte omvandla en substans till en annan. Men här, ingen konvertering sker. "Laddningsbärarna i metamaterialet förblir negativt laddade elektroner, "Christian Kern förklarar." Hallmätningar får dem bara att se positivt laddade ut, som strukturen tvingar dem att ta omvägar. "

Kern medger att denna upptäckt hittills inte har någon praktisk nytta. Det finns tillräckligt med fasta ämnen med både negativa och positiva Hall -koefficienter. Men Kern vill fortsätta forskning. Nästa steg blir produktion av anisotropa strukturer med en Hall -spänning i magnetfältets riktning. I vanliga fall, Hallspänning riktas vertikalt mot ström- och magnetfält. Sådana okonventionella material kan appliceras i nya sensorer för direkt mätning av magnetfältskador.