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物理學新發現:霍爾效應的突破性變革
明日科學
發布於 20 天前

在筑波大學進行的一項創新研究中,科學家們發現了一種新型的「霍爾效應」,挑戰了傳統物理學的界限。這一發現源於他們在尖晶石氧化物薄膜中觀察到的一種獨特的各向異性異常霍爾效應。這種現象會隨著電流方向的改變而變化,並且得到了一個包含磁性回旋四極子結構的新模型的解釋,這與昂薩格定理相一致。

霍爾效應通常是指在磁場中流動的電流通過導體或磁鐵時產生的垂直於電場和磁場方向的電壓。而昂薩格定理是材料科學中的一個核心原則,它指出不管電流在垂直於磁場的平面內的方向如何,電子的偏轉方向保持不變。

直到這項研究發表之前,還未有任何現象能夠與這個定理相矛盾。但在這項研究中,科學家首次在具有圓錐形磁各向異性的尖晶石氧化物薄膜中觀察到了,依賴於電流方向的各向異性異常霍爾效應。

為了理解這一震撼的發現,研究人員從現象學角度出發,考慮了實驗觀察到的各向異性異常霍爾效應的對稱性。他們的發現指出了一種名為「簇狀磁性回旋四極子」的複雜磁結構的參與。

複雜結構的磁性回旋四極子

在不同的磁性結構中,霍爾效應表現不同。鐵磁體(磁偶極子秩序)會產生常見的各向同性異常霍爾效應。而擁有複雜結構的磁性回旋四極子秩序材料則顯示各向異性自旋霍爾效應,但不產生電荷霍爾效應。含有磁性回旋四極子和磁偶極子的圓錐磁結構則表現出各向異性電荷霍爾效應。(圖/Nature Communications

研究團隊隨後提出了一個物理模型,該模型不僅成功解釋了各向異性異常霍爾效應,而且並未違反昂薩格定理。這一模型成功地解釋了由於圓錐形磁各向異性,磁性回旋四極子和鐵磁性的共存。

這項研究的成功不僅為我們提供了對霍爾效應更深層次的理解,也開啟了探索磁性材料新性質的大門,這可能會對未來的技術應用產生深遠影響。這一研究表明,即使是在物理學中最根本的原則也可能存在未知的例外,顯示了科學探索無窮無盡的可能性。

這項研究單登在最新一期的《Nature Communications》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

影片來源:Nature Communications cc By4.0

參考出處:

1.NASA Tracks the Brightest Cosmic Event Ever Recorded – “This Thing’s Crazy!”Nature Communications

延伸閱讀:

1.從漫威到現實:物理學家創造超穩定「時光晶體」

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