Эффект Холла заставили работать «вбок»: один наноприбор увидел поле по двум направлениям

Физики из Carnegie Mellon University впервые экспериментально показали необычный вариант эффекта Холла: электрический сигнал возникает не только тогда, когда магнитное поле направлено поперек тонкой пленки, но и когда намагниченность лежит вдоль ее поверхности.

В результате одно ультратонкое устройство смогло реагировать на магнитное поле в нескольких направлениях. В перспективе это может упростить датчики, которым сегодня для измерения разных компонентов поля часто нужны несколько чувствительных элементов.

Детали

Эффект Холла известен с XIX века. Если через материал идет ток, а магнитное поле направлено поперек него, движущиеся заряды отклоняются в сторону. Из-за этого между краями образца появляется напряжение. По нему физики определяют, какие носители заряда движутся в материале, сколько их и насколько свободно они перемещаются.

Долгое время считалось, что для такого отклика важна прежде всего составляющая намагниченности, направленная перпендикулярно тонкой пленке. Теоретически возможность получить аномальный эффект Холла и при намагниченности вдоль поверхности обсуждалась, но экспериментально ее не удавалось показать.

Команда Carnegie Mellon собрала устройство из нескольких атомных слоев теллурида тантала и иридия TaIrTe4 и магнитного материала Cr2Ge2Te6. Слои расположены настолько близко, что магнитные свойства одного материала влияют на соседний, не лишая его характерных электронных свойств.

В таком устройстве исследователи зарегистрировали сразу два сигнала: обычный, связанный с намагниченностью поперек пленки, и дополнительный — когда намагниченность направлена вдоль ее поверхности. В статье в журнале «Nature Materials» авторы также сообщают, что величиной необычного сигнала можно управлять электрическим напряжением на затворе.

Расчеты показывают, что ключевую роль играет необычная симметрия системы и взаимодействие между движением электронов и их магнитными свойствами на границе двух слоев. Но точный механизм еще уточняется: сами авторы отмечают, что для окончательного ответа нужно подробнее исследовать тонкие слои TaIrTe4.

Есть и практическое ограничение. Эффект наблюдали в специально созданной структуре, когда магнитный слой становился ферромагнитным при низкой температуре. Сейчас команда проверяет другие сочетания материалов и пытается понять, можно ли получить такой же отклик при комнатной температуре.

Почему это важно

Главная ценность работы в том, что один и тот же миниатюрный прибор может различать несколько направлений магнитного поля. Авторы называют среди возможных применений векторную магнитометрию — измерение не только силы поля, но и его направления.

Такие датчики потенциально полезны в электронике, транспорте, навигации и медицинском оборудовании. Если нужный эффект удастся стабильно получать при обычных температурах, сложные многокоординатные измерения можно будет выполнять более простой системой.

Но до готового сенсора еще далеко. Работа прежде всего показывает новый физический принцип в специально подобранной атомно-тонкой конструкции. Ее еще нужно сделать устойчивой, воспроизводимой и пригодной для работы вне лаборатории.

Источник

Исходный материал: Phys.org — «Physicists take Hall effect in a new direction», 31 августа 2026 года. Материал основан на сообщении Carnegie Mellon University.

Пресс-релиз: Carnegie Mellon University — «CMU Physicists Take Hall Effect in a New Direction», автор Amy Pavlak Laird.

Научная публикация: I-Hsuan Kao, Ravi Kumar Bandapelli, Zhenhong Cui и соавторы, «In-plane anomalous Hall effect in a low-dimensional system», журнал «Nature Materials», опубликована 28 мая 2026 года. DOI: 10.1038/s41563-026-02611-9.