Предоставлено: Университет Цукуба.

Если вы возьмете обычный провод с текущим по нему электрическим током, вы можете создать новое электрическое напряжение, перпендикулярное потоку тока, приложив внешнее магнитное поле. Этот так называемый эффект Холла использовался как часть простого магнитного датчика, но его чувствительность может быть низкой.

Существует соответствующая квантовая версия, называемая квантовым аномальным эффектом Холла, который возникает с определенными приращениями, или квантами. Это открыло возможность использования квантового аномального эффекта Холла для создания новых высокопроводящих проводов или даже квантовых компьютеров. Однако физика, которая приводит к этому явлению, до сих пор полностью не изучена.

Теперь группа исследователей во главе с Институтом материаловедения Университета Цукуба использовала материал топологического изолятора, в котором ток течет на границах раздела, но не проходит через объем, чтобы вызвать квантовый аномальный эффект Холла.

Используя ферромагнитный материал, железо, в качестве верхнего слоя устройства, эффект магнитной близости может привести к магнитному упорядочению без внесения беспорядка, который был бы вызван альтернативным методом легирования магнитными примесями. «Ток, создаваемый квантовым аномальным эффектом Холла, может проходить вдоль границы слоя без рассеивания, что может быть использовано в новых энергосберегающих устройствах», — говорит профессор Курода Синдзи.

Для изготовления прибора тонкая пленка монокристаллической гетероструктуры, состоящей из слоя железа поверх теллурида олова, была выращена на шаблоне методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Исследователи измерили намагниченность поверхности с помощью нейтронов, которые обладают магнитным моментом, но не имеют электрического заряда.

Они обнаружили, что ферромагнитный порядок проникает примерно на два нанометра в слой теллурида олова от границы с железом и может существовать даже при комнатной температуре. «Наше исследование указывает путь к средствам реализации спинтроники следующего поколения и квантовых вычислительных устройств», — говорит профессор Курода.

Для этих приложений могут потребоваться слои, демонстрирующие квантовый аномальный эффект Холла, который, как показало это исследование, возможен и может быть легко получен.