Un nouveau dispositif a été fabriqué qui peut démontrer l'effet Hall anormal quantique, dans lequel de minuscules pas de tension discrets sont générés par un champ magnétique externe. Ces travaux pourraient permettre l'électronique à très faible consommation, ainsi que les futurs ordinateurs quantiques.

Si vous prenez un fil ordinaire traversé par un courant électrique, vous pouvez créer une nouvelle tension électrique perpendiculaire au flux de courant en appliquant un champ magnétique externe. Ce soi-disant effet Hall a été utilisé dans le cadre d'un simple capteur magnétique, mais la sensibilité peut être faible.

Il existe une version quantique correspondante, appelée effet Hall anormal quantique, qui se présente par incréments définis, ou quanta. Cela a soulevé la possibilité d'utiliser l'effet Hall anormal quantique dans le but de construire de nouveaux fils hautement conducteurs ou même des ordinateurs quantiques. Cependant, la physique qui conduit à ce phénomène n'est pas encore complètement comprise.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par l'Institut des sciences des matériaux de l'Université de Tsukuba a utilisé un matériau isolant topologique, dans lequel le courant circule aux interfaces mais pas à travers la masse, pour induire un effet Hall anormal quantique.

En utilisant un matériau ferromagnétique, le fer, comme couche supérieure du dispositif, l'effet de proximité magnétique peut produire un ordre magnétique sans introduire de désordre qui serait provoqué par une méthode alternative de dopage avec des impuretés magnétiques. "Le courant produit par l'effet Hall anormal quantique peut se déplacer le long de l'interface d'une couche sans dissipation, ce qui pourrait être utilisé dans de nouveaux dispositifs d'économie d'énergie", explique le professeur Kuroda Shinji.

Pour fabriquer le dispositif, un film mince d'une hétérostructure monocristalline constituée d'une couche de fer sur du tellurure d'étain a été développé sur un gabarit par épitaxie par jet moléculaire. Les chercheurs ont mesuré l'aimantation de la surface à l'aide de neutrons, qui ont un moment magnétique mais pas de charge électrique.

Ils ont découvert que l'ordre ferromagnétique pénètre d'environ deux nanomètres dans la couche de tellurure d'étain à partir de l'interface avec le fer et peut exister même à température ambiante. "Nos recherches ouvrent la voie à un moyen de réaliser des dispositifs de spintronique et de calcul quantique de nouvelle génération", déclare le professeur Kuroda.

Ces applications peuvent nécessiter des couches qui présentent l'effet Hall anormal quantique, ce que cette recherche a montré est possible et peut être facilement produit.

La recherche a été publiée dans The Journal of Physical Chemistry Letters . + Explorer plus loin

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