Los científicos de materiales de Tokyo Tech han demostrado una gran resistencia de Hall anómala no convencional en un nuevo semiconductor magnético en ausencia de un orden magnético a gran escala, validando una predicción teórica reciente. Sus hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre el efecto Hall anómalo, un fenómeno cuántico que anteriormente se ha asociado con el orden magnético de largo alcance.
Las partículas cargadas, como los electrones, pueden comportarse de forma interactiva cuando se mueven bajo la influencia de campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, cuando se aplica un campo magnético perpendicular al plano de un conductor portador de corriente, los electrones que fluyen dentro comienzan a desviarse lateralmente debido a la fuerza magnética y pronto, aparece una diferencia de voltaje a través del conductor. Este fenómeno se conoce como el “efecto Hall”. Sin embargo, el efecto Hall no requiere necesariamente manipular imanes. De hecho, se puede observar en materiales magnéticos con orden magnético de largo alcance, como los ferroimanes, ¡gratis!
Denominado “efecto Hall anómalo” (AHE), este fenómeno parece ser un primo cercano del efecto Hall. Sin embargo, su mecanismo es mucho más complicado. Actualmente, el más aceptado es que el AHE es producido por una propiedad de las bandas de energía electrónica llamada “curvatura de Berry”, que resulta de una interacción entre el giro del electrón y su movimiento dentro del material, más comúnmente conocido como “giro-órbita”. Interacción.”
¿Es necesario el ordenamiento magnético para AHE? Una teoría reciente sugiere lo contrario. “Se ha propuesto teóricamente que un AHE grande es posible incluso por encima de la temperatura a la que desaparece el orden magnético, especialmente en semiconductores magnéticos con baja densidad de portadores de carga, fuerte interacción de intercambio entre electrones y quiralidad de espín finito, que se relaciona con la dirección del espín. con respecto a la dirección del movimiento ”, explica el profesor asociado Masaki Uchida del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), cuya investigación se centra en la física de la materia condensada.
Curioso, el Dr. Uchida y sus colaboradores de Japón decidieron poner a prueba esta teoría. En un nuevo estudio publicado en Science Advances
, investigaron las propiedades magnéticas de un nuevo semiconductor magnético EuAs que solo se sabe que tiene una estructura de red triangular distorsionada peculiar y observaron un comportamiento antiferromagnético (AFM) (espines de electrones vecinos alineados en direcciones opuestas) debajo 23 K. Además, observaron que la resistencia eléctrica del material disminuyó drásticamente con la temperatura en presencia de un campo magnético externo, un comportamiento conocido como “magnetorresistencia colosal” (CMR). Sin embargo, lo que es más interesante, la CMR se observó incluso por encima de 23 K, donde desapareció el orden de AFM.
“Se entiende naturalmente que la CMR observada en EuAs es causada por un acoplamiento entre los portadores diluidos y espines de Eu 2+ localizados que persisten en un amplio rango de temperaturas”, comenta el Dr. Uchida.
Sin embargo, lo que realmente se robó el espectáculo fue el aumento de la resistividad Hall con la temperatura, que alcanzó su punto máximo a una temperatura de 70 K, muy por encima de la temperatura de pedido del AFM, lo que demuestra que un AHE grande era realmente posible sin un orden magnético. Para comprender qué causó este AHE inusualmente grande, el equipo realizó cálculos de modelos, que mostraron que el efecto podría atribuirse a una dispersión sesgada de electrones por un grupo de espines en la red triangular en un “régimen de salto” donde los electrones no fluían pero más bien “saltó” de átomo en átomo.
Estos resultados nos acercan un paso más a comprender el extraño comportamiento de los electrones dentro de los sólidos magnéticos. “Nuestros hallazgos han ayudado a arrojar luz sobre los semiconductores magnéticos de celosía triangular y podrían conducir a un nuevo campo de investigación dirigido a portadores diluidos acoplados a ordenaciones y fluctuaciones de espín no convencionales”, comenta un optimista Dr. Uchida.
De hecho, ¡podrían estar en el horizonte nuevos descubrimientos en el infinitamente fascinante mundo cuántico de los electrones!