Forskare vid University of Tsukuba och NIMS har observerat en ny Hall-effekt där strömmens avböjningsriktning varierar beroende på strömflödesriktningen. Onsagers ömsesidiga teorem, ett grundläggande teorem inom materialvetenskap, hävdar omöjligheten av ett sådant fenomen. Forskarna fann dock att det observerade fenomenet kunde förklaras utan att motsäga det ömsesidiga teoremet genom att anta ett okonventionellt magnetiskt arrangemang.
Hall-effekten, eller den anomala Hall-effekten, uppstår när elektrisk ström flyter genom en ledare eller magnet i ett magnetfält och genererar spänning vinkelrätt mot de elektriska och magnetiska fältriktningarna. Onsagers reciproka teorem säger att elektronernas avböjningsriktning förblir konstant, oavsett strömriktningen i planet vinkelrätt mot magnetfältet eller magnetiseringen.
I en ny studie har forskare för första gången observerat en anisotrop anomal Hall-effekt i en spineloxid NiCo2 O4 tunn film med konisk magnetisk anisotropi; denna egenskap beror på strömmens riktning. Resultaten publiceras i tidskriften Nature Communications .
För att förstå detta fenomen övervägde forskare symmetrin hos den experimentellt observerade anisotropa anomala Hall-effekten ur ett fenomenologiskt perspektiv. Fynden indikerade involveringen av en magnetisk struktur som kallas en klustrad magnetisk toroidal kvadrupol.
Följaktligen föreslog teamet en fysisk modell som förklarade den anisotropa anomala Hall-effekten utan att bryta mot Onsagers ömsesidiga teorem. Denna modell redogör framgångsrikt för samexistensen av den magnetiska toroidformade kvadrupolen och ferromagnetism på grund av konisk magnetisk anisotropi.
Mer information: Hiroki Koizumi et al, Quadrupole anomalous Hall effect in magnetically induced electron nematic state, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43543-1
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Tsukuba
