Если вы возьмете обычный провод с протекающим по нему электрическим током, вы можете создать новое электрическое напряжение, перпендикулярное потоку тока, приложив внешнее магнитное поле. Этот так называемый эффект Холла использовался как часть простого магнитного датчика, но чувствительность может быть низкой. Существует соответствующая квантовая версия, называемая квантовым аномальным эффектом Холла, который возникает с определенными приращениями, или квантами. Это открыло возможность использования квантового аномального эффекта Холла с целью создания новых высокопроводящих проводов или даже квантовых компьютеров. Однако физика, которая приводит к этому явлению, до сих пор до конца не изучена.

Теперь команда исследователей, возглавляемая Институтом материаловедения Университета Цукубы, использовала топологический изоляционный материал, в котором ток протекает на границах раздела, но не через объем, чтобы вызвать квантовый аномальный эффект Холла. Используя ферромагнитный материал, железо, в качестве верхнего слоя устройства, эффект магнитной близости может создавать магнитное упорядочение без внесения беспорядка, который был бы вызван альтернативным методом легирования магнитными примесями. "Ток, создаваемый квантовым аномальным эффектом Холла, может проходить вдоль границы раздела слоев без рассеивания, что может быть использовано в новых энергосберегающих устройствах", - говорит профессор Курода Синдзи.

Для изготовления устройства тонкая пленка монокристаллической гетероструктуры, состоящая из слоя железа поверх теллурида олова, была выращена на шаблоне с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии. Исследователи измерили намагниченность поверхности с помощью нейтронов, которые обладают магнитным моментом, но не имеют электрического заряда. Они обнаружили, что ферромагнитный порядок проникает примерно на два нанометра в слой теллурида олова от границы раздела с железом и может существовать даже при комнатной температуре. "Наше исследование указывает путь к созданию средств для реализации спинтроники следующего поколения и квантовых вычислительных устройств", - говорит профессор Курода. Для этих применений могут потребоваться слои, проявляющие квантовый аномальный эффект Холла, который, как показало это исследование, возможен и может быть легко получен.

Эта работа была частично поддержана грантом в помощь научным исследованиям 16H02108, 18H01857 и 20H02616, грантом в помощь молодым ученым 26870086, грантом в помощь сложным исследовательским исследованиям 18K18732 и инновационными областями "Топологическое материаловедение" 16H00983 и 15K21717 от Японского общества для продвижения науки.