Ibland ger kombinationer av olika saker effekter som ingen förväntar sig, som när det dyker upp helt nya egenskaper som de två sammanslagna delarna inte har på egen hand. Dr. Libor Šmejkal från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) fann en sådan oväntad egenskap:Han kombinerade antiferromagnetiska ämnen med icke-magnetiska atomer och fann att, i motsats till den nuvarande doktrinen, en Hall-ström uppstår - vilket inte är fallet med varken antiferromagnetiska eller icke-magnetiska ämnen individuellt.

Detta kan erbjuda en helt ny potential för nanoelektronik. Å ena sidan, dessa materialkombinationer förekommer mycket ofta i naturen. Därför, denna upptäckt har potential att vända den växande efterfrågan på sällsynta tunga grundämnen i konventionell magnetoelektronik och, istället, rikta forskningen och tillämpningarna mot rikliga material. Vidare, Hallströmmen uppvisar låg energiförlust. Detta är särskilt viktigt mot bakgrund av att informationsteknologin håller på att bli den största energikonsumenten i industrin. Eftersom materialen inte har ett magnetfält utåt och därmed är magnetiskt osynliga, de kan packas mycket tätt och tillåter en hög grad av miniatyrisering av nanoelektronik. Dessa tidigare förbisedda material får också poäng i form av hastighet eftersom de tillåter många gånger högre hastighet än ferromagneter, så att frekvenserna kan flyttas från gigahertzområdet till terahertzområdet. Kort sagt:Upptäckten har en speciell plats i det snabbt växande nya området antiferromagnetisk magnetoelektronik, som också kallas spintronics. Dr Libor Šmejkal och hans kollegor från Mainz University publicerade nyligen sina resultat i Vetenskapens framsteg .

Vad är hallen aktuell?

För att förstå Šmejkals forskning, man måste börja med Hall-effekten uppkallad efter fysikern professor Edwin Hall. Om en spänning appliceras på konventionella icke-magnetiska ledare som koppar, strömmen flyter i den riktning som det elektriska fältet ger. Dock, om ett externt magnetfält läggs till, strömmen böjer sig bort från den applicerade riktningen. Denna ytterligare korskomponent är känd som Hall-strömmen. Den beskrivna Hall-effekten har använts för att karakterisera halvledare, som format modern kiselelektronik. Halls andra upptäckt:Den interna magnetiseringen av en ferromagnetisk ledare som järn kan också leda till en sådan tvärströmsavböjning. Detta gjorde Hall-effekten också till en av hörnstenarna inom magnetelektronik, ett brett fält som sträcker sig från sensor- till minnesteknik.

Upptäckten av antiferromagneter, som är mycket vanligare i naturen än ferromagneter, tillskrivs professor Louis Néel. I dessa är atomernas magnetiska moment orienterade i motsatta riktningar. Effekterna som observeras i ferromagneter tar därför ut varandra - inklusive Hall-strömmen. Antiferromagneterna beter sig utåt som de vanliga icke-magnetiska ledarna och är därför inte användbara för magnetoelektronik.

Ovanlig effekt:Hallström i antiferromageter

Ickemagnetiska och antiferromagnetiska kristaller har varit kända i decennier för att sakna Hall-strömmar. Dr Libor Šmejkal, dock, hittade en kristall med en spännande kombination av icke-magnetiska och antiferromagnetiska atomer som producerar en stark Hall-ström. Anmärkningsvärt, kristaller med antiferromagnetiska och icke-magnetiska atomer är inte ovanliga i naturen, men ganska utbredd.

"Att bryta med den konventionella vetenskapliga visdomen kräver extraordinära talanger och färdigheter, " sa forskargruppschefen professor Jairo Sinova. "Detta är också fallet med Dr. Libor Šmejkal. Han är en exceptionell fysiktalang som, som nyutexaminerad doktor, åtnjuter redan ryktet som en internationell ledare inom sitt område."

Šmejkal försvarade sin doktorsexamen. avhandling för bara några månader sedan, men har redan hållit ett dussin inbjudna föredrag vid internationella konferenser och publicerat olika artiklar i högkvalitativa vetenskapliga tidskrifter. Omedelbart efter Ph.D. försvar, Šmejkal tog positionen som en oberoende gruppledare i INSPIRE-gruppen vid JGU Institute of Physics.