Un nuevo semiconductor magnético proporciona una nueva perspectiva sobre el efecto Hall anómalo (AHE)
Las partículas cargadas, como los electrones, pueden comportarse de maneras que se afectan entre sí a medida que se mueven bajo la influencia de campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, cuando se aplica un campo magnético perpendicular al plano de un conductor que transporta corriente, los electrones que fluyen hacia el interior comienzan a desviarse de los lados debido a la fuerza magnética y pronto aparece una diferencia de voltaje a través del conductor. Este fenómeno se llama "efecto Hall". Sin embargo, el efecto Hall no requiere necesariamente jugar con imanes. De hecho, se puede observar directamente en materiales magnéticos con orden magnético de largo alcance, como los ferromagnetos.
Los científicos denominaron a este fenómeno "efecto Hall anómalo" (AHE), y parece ser un pariente cercano del efecto Hall. Sin embargo, su mecanismo es más complejo. En la actualidad, la teoría más aceptada es que el AHE se genera por una propiedad de la banda de energía del electrón llamada "curvatura de Berry", que es causada por el espín del electrón y su movimiento dentro del material. La interacción producida se conoce más comúnmente como. "interacción órbita-giro".
¿Es necesaria la clasificación magnética para AHE? Una teoría reciente sugiere lo contrario. "Se ha propuesto teóricamente que son posibles grandes AHE incluso por encima de la temperatura en la que el orden magnético desaparece, especialmente en semiconductores magnéticos con bajas densidades de portadores de carga, fuertes interacciones de intercambio entre electrones y quiralidad de espín limitada. Tiene que ver con la dirección del espín en relación con la dirección del movimiento", explica el Dr. Uchida, profesor asociado del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech), cuya investigación se centra en la física de la materia condensada.
Por curiosidad, el Dr. Uchida y sus colaboradores en Japón decidieron poner a prueba esta teoría. En un nuevo estudio publicado en Science Advances, investigaron las propiedades magnéticas de EuAs, un nuevo semiconductor magnético conocido solo por tener una estructura reticular triangular retorcida peculiar, y observaron el comportamiento magnético (AFM) de los antiferroicos por debajo de 23 K (los espines de los electrones adyacentes se alinean en direcciones opuestas). ). Además, observaron que en presencia de un campo magnético externo, la resistencia del material caía drásticamente con la temperatura, un comportamiento conocido como "magnetorresistencia gigante" (CMR). Sin embargo, lo más interesante es que el CMR se observa incluso por encima de 23K, donde el orden del AFM desaparece. Naturalmente, se entiende que la CMR observada en EuA surge del acoplamiento entre portadores diluidos y espines locales de Eu2, que persiste en un amplio rango de temperaturas.
Sin embargo, lo que realmente llama la atención es el aumento de la resistividad Hall con la temperatura, que alcanza su punto máximo a una temperatura de 70 K, muy por encima de la temperatura de orden del AFM, lo que indica que, en ausencia de orden magnético, se generan AHE grandes. También es posible. Para comprender qué causa este AHE poco convencional, el equipo de investigación realizó cálculos de modelos, que mostraron que este efecto puede atribuirse a la dispersión oblicua de electrones por grupos de espines en la red triangular, en este "régimen de salto" "Abajo, los electrones no fluir, pero "saltar" entre los átomos.
Estos resultados nos acercan un paso más a la comprensión del extraño comportamiento de los electrones dentro de los sólidos magnéticos. Los nuevos hallazgos ayudan a dilucidar los semiconductores magnéticos de red triangular y potencialmente abren una nueva área de investigación dirigida al acoplamiento de portadores diluidos con fluctuaciones y ordenamiento de espín no convencionales.