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Una collaborazione tra tre nodi FLEET ha esaminato le teorie fondamentali alla base dell'effetto Hall anomalo quantistico (QAHE).
QAHE è una delle scoperte recenti più affascinanti e importanti nella fisica della materia condensata.
È fondamentale per la funzione dei materiali quantistici emergenti, che offrono il potenziale per l'elettronica a bassissima energia.
QAHE provoca il flusso di corrente elettrica a resistenza zero lungo i bordi di un materiale.
QAHE nei materiali topologici:la chiave per l'elettronica a basso consumo energetico
Isolatori topologici, riconosciuto dal Premio Nobel per la Fisica nel 2016, si basano su un effetto quantistico noto come effetto Hall anomalo quantistico (QAHE).
"Gli isolanti topologici conducono elettricità solo lungo i loro bordi, dove i percorsi di bordo unidirezionali conducono gli elettroni senza la dispersione che causa la dissipazione e il calore nei materiali convenzionali, ", spiega l'autore principale Muhammad Nadeem.
QAHE è stato proposto per la prima volta dal premio Nobel 2016 Prof Duncan Haldane (Manchester) negli anni '80, ma successivamente si è rivelato difficile realizzare QAHE in materiali reali. Gli isolanti topologici drogati magneticamente e i semiconduttori spin-gapless sono i due migliori candidati per il QAHE.
L'effetto Hall quantistico (QHE) è una versione quantomeccanica dell'effetto Hall, in cui viene creata una piccola differenza di tensione perpendicolare a un flusso di corrente da un campo magnetico applicato.
L'effetto Hall quantistico si osserva nei sistemi 2-D a basse temperature all'interno di campi magnetici molto forti, in cui la resistenza di Hall subisce transizioni quantistiche, cioè varia in passaggi discreti piuttosto che in modo uniforme.
QAHE descrive una quantizzazione inaspettata della resistenza di Hall trasversale, accompagnata da un notevole calo della resistenza longitudinale.
QAHE è indicato come anomalo perché si verifica in assenza di qualsiasi campo magnetico applicato, con la forza motrice invece fornita da un accoppiamento spin-orbita o da una magnetizzazione intrinseca.
I ricercatori cercano di migliorare questi due fattori trainanti per rafforzare QAHE, consentendo un'elettronica topologica che sarebbe praticabile per il funzionamento a temperatura ambiente.
È un'area di grande interesse per i tecnologi, " spiega Xiaolin Wang. "Sono interessati a utilizzare questa significativa riduzione della resistenza per ridurre significativamente il consumo di energia nei dispositivi elettronici".
"Speriamo che questo studio faccia luce sulle prospettive teoriche fondamentali dei materiali di Hall anomali quantistici, " afferma il co-autore Prof Michael Fuhrer (Monash University), chi è Direttore di FLEET.
Lo studio
La collaborativa, lo studio teorico si concentra su questi due meccanismi:
Sono stati esaminati quattro modelli che potrebbero potenziare questi due effetti, e quindi migliorare QAHE, consentendo agli isolanti topologici e ai materiali con spin gapless completamente polarizzati (semiconduttori spin gapless) di funzionare a temperature più elevate.
"Tra i vari materiali candidati per QAHE, semiconduttori spin-gapless potrebbero essere di potenziale interesse per future applicazioni topologiche di elettronica/spintronica, " spiega Muhammad Nadeem.
Effetto Hall anomalo quantistico negli isolanti topologici drogati magnetici e nei semiconduttori ferromagnetici senza spin-gap:sulla rivista è stata pubblicata una revisione della prospettiva Piccolo a settembre 2020.
