Depositphotos
Фізики вже понад 100 років знають про дивні магнітні сигнали у таких металах, як мідь та золото, що не мають виражених магнітних властивостей.
Однак виявити ці сигнали не вдавалось через відсутність достатньо точного обладнання. Використовуючи лише синій лазер та модифікований класичний метод, дослідники змогли виявити таке явище, як ефект Холла.
Науковці давно знають, що електричний струм вигинається під дією магнітного поля. Це явище отримало назву ефекту Холла. Воно добре відоме для таких металів, як залізо. Однак в металах, що не мають магнітних властивостей у звичному розумінні слова, таких як мідь, золото, алюміній, ефект Холла набагато слабіший і спостерігати за ним складно.
Оптичний ефект Холла був передбачений, як спосіб пояснити рух електронів під впливом світла та магнітних полів. Однак понад сторіччя теоретичних досліджень, цей ефект не вдавалось виявити. Фізики були переконані, що він існує, однак не було достатньо точних інструментів для його реєстрації.
«Це було схоже на спробу почути шепіт у галасливій кімнаті протягом десятиліть. Всі знали, що шепіт є, але ми не мали мікрофона, достатньо чутливого, щоб його почути», — пояснює професор Амір Капуа.
Дослідження, очолюване докторантом Надавом Ам Шаломом та професором Аміром Капуа з Інституту електротехніки та прикладної фізики Єврейського університету, у співпраці з професором Бінгхаєм Яном з Інституту науки Вейцмана Університету штату Пенсільванія та професором Ігором Рожанським має на меті виявлення найдрібніших магнітних ефектів у немагнітних матеріалах.
«Можна подумати, що такі метали, як мідь та золото, магнітно «тихі» — вони не прилипають до холодильника, як залізо. Але насправді, за певних умов вони реагують на магнітні поля, просто вкрай слабко», — підкреслив професор Амір Капуа.
Досі проблема полягала у тому, як виявити ці дрібні ефекти, особливо із використанням світла у видимому спектрі. Для вирішення проблеми дослідники вдосконалили метод під назвою магнітооптичний ефект Керра, що використовує лазер для вимірювання впливу магнітного поля на відбите світло. Це можна порівняти з використанням потужного ліхтарика, щоб вловити найслабший відблиск на поверхні у темряві.
Науковці поєднали синій лазер з довжиною хвилі 440 нм з високоамплітудною модуляцією зовнішнього магнітного поля, що дозволило значно підвищити чутливість. Дослідники змогли вловити слабкі магнітні сигнали у міді, золоті та алюмінії, танталі і платині.
Ефект Холла слугує ключовим інструментом у напівпровідниковій індустрії для вивчення атомної структури матеріалів. За допомогою цього ефекту науковці визначають кількість електронів у металі. Однак традиційно вимірювання ефекту Холла передбачає використання електронних дротів, що підключаються до пристрою. Процес трудомісткий і складний, особливо під час роботи з компонентами нанометрового розміру.
Однак новий метод передбачає використання тільки лазера та електричного пристрою, без усяких дротів. За результатами поглибленого дослідження науковці з’ясували, що те, що спочатку здавалось випадковим шумом у сигналі, виявилось зовсім не випадковим.
Явище демонструвало чітку закономірність, пов’язану з спін-орбітальним зв’язком, що пов’язує рух електронів з їхнім обертанням. Цей зв’язок також впливає на розсіювання магнітної енергії у матеріалах. Ці результати мають безпосереднє значення для розробки магнітної пам’яті, спинтронних пристроїв і навіть квантових систем.
Цей метод пропонує неінвазивний, високочутливий інструмент для дослідження магнетизму металів без використання масивних магнітів або кріогенних умов. Його простота і точність можуть допомогти інженерам створювати більш швидкі процесори, більш енергоефективні системи та датчики.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Communications
Джерело: SciTechDaily
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.