En 1879, Edwin Hall remarqua qu'un champ magnétique perpendiculaire au courant dans un conducteur crée une tension transversale. Pendant plus d'un siècle, on a cru que l'effet ne fonctionnait que dans cette position — le champ strictement perpendiculaire au plan de l'échantillon. Des scientifiques de l'Université Carnegie-Mellon ont prouvé le contraire.
Les chercheurs ont créé une hétérostructure ultramince composée de quelques couches atomiques de tellurure de tantale-iridium et de tellurure de chrome-germanium magnétique. Grâce à un ajustement précis de la symétrie des cristaux et à un contact étroit entre les couches, le magnétisme du second matériau a pénétré dans le premier sans détruire ses propriétés électroniques.
Dans de tels dispositifs, les scientifiques ont enregistré non seulement le signal Hall habituel, mais aussi une seconde réponse inhabituelle, dépendant de l'aimantation dans le plan du matériau. Cela signifie qu'un seul capteur miniature est désormais capable de mesurer le champ magnétique selon deux axes à la fois.
Auparavant, la magnétométrie vectorielle exigeait d'installer deux capteurs distincts. La nouvelle architecture simplifie la conception et ouvre la voie à des appareils plus compacts dans l'électronique, les transports et le diagnostic médical.
La modélisation théorique a montré qu'à l'interface des couches apparaît une interaction spin-orbite supplémentaire, qui autorise la réponse auparavant « interdite ». L'expérience a confirmé les prédictions, bien que le mécanisme exact soit encore en cours de précision.
L'équipe cherche déjà d'autres combinaisons de matériaux et vérifie le fonctionnement des dispositifs à température ambiante. Si le résultat s'avère stable, des capteurs Hall multidimensionnels monocristallins pourraient apparaître dans la technique quotidienne dans les prochaines années.
Un seul dispositif minuscule est désormais capable de remplacer plusieurs capteurs antérieurs.
