Физики уже более 100 лет знают о странных магнитных сигналах в таких металлах, как медь и золото, не имеющих выраженных магнитных свойств.
Однако обнаружить эти сигналы не удавалось из-за отсутствия достаточно точного оборудования. Используя только синий лазер и модифицированный классический метод, исследователи смогли обнаружить такое явление, как эффект Холла.
Ученые давно знают, что электрический ток изгибается под действием магнитного поля. Это явление получило название эффекта Холла. Оно хорошо известно для таких металлов, как железо. Однако в металлах, не имеющих магнитных свойств в привычном понимании слова, таких как медь, золото, алюминий, эффект Холла гораздо слабее и наблюдать за ним сложно.
Оптический эффект Холла был предсказан, как способ объяснить движение электронов под воздействием света и магнитных полей. Однако более столетия теоретических исследований, этот эффект не удавалось обнаружить. Физики были убеждены, что он существует, однако не было достаточно точных инструментов для его регистрации.
«Это было похоже на попытку услышать шепот в шумной комнате в течение десятилетий. Все знали, что шепот есть, но у нас не было микрофона, достаточно чувствительного, чтобы его услышать», — объясняет профессор Амир Капуа.
Исследование, возглавляемое докторантом Надавом Ам Шаломом и профессором Амиром Капуа из Института электротехники и прикладной физики Еврейского университета, в сотрудничестве с профессором Бингхаем Яном из Института науки Вейцмана Университета штата Пенсильвания и профессором Игорем Рожанским имеет целью выявление мельчайших магнитных эффектов в немагнитных материалах.
«Можно подумать, что такие металлы, как медь и золото, магнитно «тихие» — они не прилипают к холодильнику, как железо. Но на самом деле, при определенных условиях они реагируют на магнитные поля, просто крайне слабо», — подчеркнул профессор Амир Капуа.
До сих пор проблема заключалась в том, как выявить эти мелкие эффекты, особенно с использованием света в видимом спектре. Для решения проблемы исследователи усовершенствовали метод под названием магнитооптический эффект Керра, использующий лазер для измерения влияния магнитного поля на отраженный свет. Это можно сравнить с использованием мощного фонарика, чтобы уловить самый слабый отблеск на поверхности в темноте.
Ученые объединили синий лазер с длиной волны 440 нм с высокоамплитудной модуляцией внешнего магнитного поля, что позволило значительно повысить чувствительность. Исследователи смогли уловить слабые магнитные сигналы в меди, золоте и алюминии, тантале и платине.
Эффект Холла служит ключевым инструментом в полупроводниковой индустрии для изучения атомной структуры материалов. С помощью этого эффекта ученые определяют количество электронов в металле. Однако традиционно измерение эффекта Холла предполагает использование проводов, подключаемых к устройству. Процесс трудоемкий и сложный, особенно при работе с компонентами нанометрового размера.
Однако новый метод предусматривает использование только лазера и электрического устройства, без всяких проводов. По результатам углубленного исследования ученые выяснили, что то, что сначала казалось случайным шумом в сигнале, оказалось вовсе не случайным.
Явление демонстрировало четкую закономерность, связанную со спин-орбитальной связью, связывающей движение электронов с их вращением. Эта связь также влияет на рассеивание магнитной энергии в материалах. Эти результаты имеют непосредственное значение для разработки магнитной памяти, спинтронных устройств и даже квантовых систем.
Этот метод предлагает неинвазивный, высокочувствительный инструмент для исследования магнетизма металлов без использования массивных магнитов или криогенных условий. Его простота и точность могут помочь инженерам создавать более быстрые процессоры, более энергоэффективные системы и датчики.
СпецпроектыBitget запускає токенізовані акції в партнерстві з xStocksОгляд новенького смартфона NOTE 50 Pro: дисплей 6.78″ AMOLED, стійкість до падінь, батарея 5200 мА·год
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications
Источник: SciTechDaily
