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Científicos desentrañan el misterio de la física del ‘efecto Hall’

Edwin Hall descubrió el efecto Hall en 1879.

La búsqueda de dispositivos de almacenamiento de memoria de próxima generación está revelando un misterio físico.

Un grupo multinacional de científicos ha logrado avances en el uso de materiales antimagnéticos en dispositivos de almacenamiento de memoria.

Los antiimanes son materiales con un campo magnético interno causado por el espín de los electrones, pero casi sin campo magnético externo. Dado que no hay un campo magnético externo (o de «largo alcance»), las unidades de datos o los bits pueden estar más densamente empaquetados dentro del material, lo que lo hace útil para el almacenamiento de datos.

Los ferroimanes comúnmente utilizados en los dispositivos típicos de memoria magnética son lo contrario. Estos dispositivos contienen campos magnéticos de largo alcance producidos por los bits que evitan que se agrupen demasiado, de lo contrario interactuarían.

El efecto Hall, un voltaje que aparece perpendicular a la dirección de la corriente aplicada, es la propiedad que se mide para leer un bit antimagnético. El signo del voltaje de Hall cambia cuando todos los ciclos en el antiimán se invierten. Como resultado, uno de los signos del voltaje de Hall es igual a «1» y el otro corresponde a «0», la unidad básica de codificación binaria utilizada en todos los sistemas informáticos.

Aunque los científicos saben desde hace mucho tiempo sobre el efecto Hall en los materiales ferromagnéticos, el efecto en los antiferromagnetos se ha reconocido recientemente y aún no se comprende bien.

Un equipo de investigadores en Universidad de Tokioen Japón, Cornell Y el Universidades Johns Hopkins En los EE.UU., el universidad de birmingham En el Reino Unido, propuso una explicación para el «efecto Halle» en los antiimanes Weyl (Mn3Sn), un material con un efecto Hall espontáneo particularmente fuerte.

Sus resultados fueron publicados en University of Birmingham, who is also a co-author of the study, in their experiment. The device may be used to provide a variable amount of stress to the material being tested. The researchers discovered that by applying this stress to this Weyl antiferromagnet, the residual external magnetic field increased.

If the magnetic field were driving the Hall effect, there would be a corresponding effect on the voltage across the material. The researchers showed that, in fact, the voltage does not change substantially, proving that the magnetic field is not important. Instead, they concluded, that the arrangement of spinning electrons within the material is responsible for the Hall effect.

Clifford Hicks, a co-author of the paper at the University of Birmingham, said: “These experiments prove that the Hall effect is caused by the quantum interactions between conduction electrons and their spins. The findings are important for understanding – and improving – magnetic memory technology.”

Reference: “Piezomagnetic switching of the anomalous Hall effect in an antiferromagnet at room temperature” by M. Ikhlas, S. Dasgupta, F. Theuss, T. Higo, Shunichiro Kittaka, B. J. Ramshaw, O. Tchernyshyov, C. W. Hicks, and S. Nakatsuji, 18 August 2022, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-022-01645-5

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