Ефект Холла всупереч підручникам: фізики отримали відгук за паралельного поля

Від 1879 року, коли американський фізик Едвін Холл описав явище, яке згодом назвали його іменем, у фізиці закріпилося уявлення про обов'язкову геометрію досліду: магнітне поле має бути прикладене строго перпендикулярно до напрямку електричного струму. Саме на цьому принципі сьогодні працюють мільйони датчиків — у комп'ютерних клавіатурах, автомобільних системах, медичному діагностичному обладнанні.

Команда під керівництвом доцента фізики Сімранджита Сінгха довела, що це обмеження не є фундаментальним. Дослідники отримали повноцінний електричний відгук, розташувавши магнітне поле паралельно поверхні надтонкої плівки.

Щоб перевірити теоретичну ідею на практиці, вчені виготовили мікроскопічний сенсор товщиною лише в кілька атомів. Основою став кристал телуриду танталу та іридію з потрібною симетрією ґратки, який поєднали з магнітним шаром Cr2Ge2Te6. Тісний контакт дозволив передати магнітні властивості немагнітному матеріалу, не зруйнувавши його електронних характеристик.

Ключову роль відіграла спін-орбітальна взаємодія на межі розділу двох матеріалів. Завдяки їй науковці вперше експериментально зафіксували аномальний ефект Холла у площині.

Наслідок для технологій — радикальне спрощення електроніки. Один атомарний чип здатен вимірювати магнітне поле одразу за кількома осями, замінюючи громіздкі схеми з кількох окремих датчиків. Фактично йдеться про те, що сенсор, який досі вимагав просторового рознесення компонентів, стискається до єдиного шару.

Поки що результат стосується лабораторного зразка, але він змінює саму межу того, що вважалося можливим у фізиці холлівських сенсорів. Якщо технологію вдасться масштабувати, пристрої, де магнітне поле вимірюють у кількох напрямках, можуть стати компактнішими й простішими за конструкцією.