Ein Strom steuert eine Hall-Antwort in einem magnetischen Material
· Redaktion BehindLines
Forscher der Tohoku University und der Japan Atomic Energy Agency (JAEA) haben eine Quantenantwort in einem magnetischen Material elektrisch gesteuert. Ihre Mitteilungen vom 5. November stellen eine Studie vor, die am 4. November nach amerikanischem Datum in Newton erschienen ist. Die Demonstration betrifft kristalline Dünnschichten aus Mn₃Sn, einer Verbindung aus Mangan und Zinn.
Das Experiment misst eine Spannung quer zum Strom. Bei Raumtemperatur variiert die untersuchte nichtlineare Komponente mit der dritten Potenz des Stroms: Die Forscher sprechen von einem nichtlinearen Hall-Effekt dritter Ordnung. Dieser Zusammenhang ist das untersuchte Merkmal, nicht ein einfacher proportionaler Anstieg zwischen den beiden Größen.
Das Vorzeichen der Antwort umkehren
Das Material besitzt eine chirale antiferromagnetische Ordnung. Messungen und Berechnungen verbinden seine elektrische Antwort mit der Anordnung der Spins und der Quantengeometrie der elektronischen Zustände. Die Quantengeometrie beschreibt geometrische Eigenschaften der Quantenzustände der Elektronen.
Um auf das System einzuwirken, nutzt das Team außerdem eine benachbarte Schicht aus Schwermetall. Ein Strom erzeugt dort ein Spin-Bahn-Drehmoment, das auf die magnetische Ordnung wirkt. Impulse entgegengesetzter Polarität können so das Vorzeichen der Hall-Antwort umkehren.
Dieses Ergebnis liefert eine Möglichkeit, die beobachtete Antwort zu steuern. Der gemessene Effekt wechselt sein Vorzeichen; ihn nur als Schalter darzustellen, der einen Strom ein- oder ausschaltet, würde den Gehalt des Experiments verfehlen.
Mögliche elektronische Funktionen
Die Teams nennen mögliche Anwendungen in der nichtlinearen Signalverarbeitung, insbesondere Frequenzumsetzung, Gleichrichtung und Verstärkung. Es handelt sich um Perspektiven: In den Mitteilungen sind weder ein industrielles Bauteil noch ein bezifferter Vorteil bei Geschwindigkeit oder Verbrauch belegt.
Die JAEA nennt weiterhin die Verringerung des benötigten Stroms und die Verbesserung der Effizienz unter ihren Zielen. Beide Institutionen berichten über dieselbe Arbeit: Ihre Texte stützen sich gegenseitig, sind aber keine zwei unabhängigen Reproduktionen des Experiments.