Kredit:University of Tsukuba
En ny enhet har tillverkats som kan demonstrera den kvantanomala Hall-effekten, där små, diskreta spänningssteg genereras av ett externt magnetfält. Detta arbete kan möjliggöra extremt lågeffektelektronik, såväl som framtida kvantdatorer.
Om du tar en vanlig tråd med elektrisk ström som går genom den kan du skapa en ny elektrisk spänning vinkelrätt mot strömflödet genom att applicera ett externt magnetfält. Denna så kallade Hall-effekt har använts som en del av en enkel magnetisk sensor, men känsligheten kan vara låg.
Det finns en motsvarande kvantversion, kallad den kvantanomala Hall-effekten som kommer i definierade steg, eller kvanta. Detta har ökat möjligheten att använda den kvantanomala Hall-effekten i syfte att konstruera nya starkt ledande ledningar eller till och med kvantdatorer. Men fysiken som leder till detta fenomen är fortfarande inte helt klarlagd.
Nu har ett team av forskare under ledning av Institute of Materials Science vid University of Tsukuba använt ett topologiskt isolatormaterial, i vilket ström flyter vid gränssnitten men inte genom huvuddelen, för att inducera en kvantanomal Hall-effekt.
Genom att använda ett ferromagnetiskt material, järn, som det översta lagret av enheten, kan den magnetiska närhetseffekten producera magnetisk ordning utan att introducera störningar som skulle orsakas av en alternativ metod för dopning med magnetiska föroreningar. "Ström som produceras av den kvantanomala Hall-effekten kan färdas längs gränssnittet av ett lager utan förlust, vilket kan användas i nya energibesparande enheter", säger professor Kuroda Shinji.
För att tillverka anordningen odlades en tunn film av en enkristall-heterostruktur bestående av ett järnskikt ovanpå tenntellurid på en mall med användning av molekylär strålepitaxi. Forskarna mätte magnetiseringen av ytan med hjälp av neutroner, som har ett magnetiskt moment men ingen elektrisk laddning.
De fann att den ferromagnetiska ordningen penetrerar cirka två nanometer in i tenntelluridskiktet från gränsytan med järn och kan existera även vid rumstemperatur. "Vår forskning visar vägen mot ett sätt att förverkliga nästa generations spintronik och kvantberäkningsenheter," säger professor Kuroda.
Dessa applikationer kan kräva lager som uppvisar den kvantanomala Hall-effekten, som denna forskning har visat är möjlig och lätt kan produceras.
Forskningen publicerades i The Journal of Physical Chemistry Letters . + Utforska vidare
