אפקט הול פונוני במוליכים למחצה רגילים מאתגר את התפיסות המקובלות על חומר מעובה

נערך על ידי: Svitlana Velhush

במעבדות ברחבי העולם זרימת חום בגבישים החלה לפתע לסטות בהשפעת שדה מגנטי — וזה קרה לא בחומרים אקזוטיים, אלא במוליכים למחצה ובמבודדים הרגילים ביותר, כגון צורן, גרמניום ותחמוצת מגנזיום.

מדובר באפקט הול התרמי הפונוני: קוואזי-חלקיקים המתארים תנודות של סריג האטומים יוצרים בהשפעת שדה מגנטי זרם חום רוחבי. בעבר סברו שהתנהגות כזו אופיינית רק לחומרים בעלי תכונות מגנטיות או טופולוגיות, שבהם תפקיד ממלאים ספינים או עירורים מיוחדים.

מדידות חדשות הראו שהאפקט מתבטא באופן אוניברסלי — במחלקה רחבה של גבישים לא-מגנטיים. בה בעת, גודל מוליכות החום הרוחבית נמדד ביחס לריבוע של המוליכות האורכית, מה שמצביע על אינטראקציה ישירה בין תנודות האטומים לשדה המגנטי, בלי תיווכם של קוואזי-חלקיקים אחרים.

תגלית זו מחייבת בחינה מחדש של התפיסות הבסיסיות בדבר התנהגותם של פונונים בשדה מגנטי. אם בעבר נחשב הובלת החום בעיקרו סקלרי ובלתי רגיש להשפעות מגנטיות בחומרים רגילים, הרי שכעת יש להתחשב בדרגת חופש חדשה — קיטוב אליפטי של פונונים והאינטראקציה שלהם עם שדה חיצוני.

מבחינת יישומים מעשיים, משמעות הדבר היא שבהתקנים תרמואלקטריים ובמערכות קירור עתידיים ניתן יהיה לשלוט בזרימת החום לא רק באמצעות מפל טמפרטורה, אלא גם באמצעות שדה מגנטי חלש. חומרים כאלה כבר משמשים באלקטרוניקה, והאפקט עשוי להשפיע על חישוב משטרי החום של שבבים.

הניסויים נערכו על דגימות באיכות גבוהה, שבהן תרומתם של נושאי המטען הייתה מזערית, מה שאיפשר לבודד מנגנון פונוני טהור. התוצאות מתיישבות עם מודלים תיאורטיים החוזים את האוניברסליות של התופעה בגבישים בעלי סימטריה בדידה.

לפיכך, התמונה המוכרת של חומר מעובה, שבה נחשבו הפונונים למובילי חום "פשוטים", נעשית מורכבת יותר — ופותחת דרך לדרכים חדשות לשליטה בזרימות חום ברמה המיקרוסקופית.

7 צפיות

מקורות

  • Physics Magazine on phonon thermal Hall effect

תגובות

קראו כתבות נוספות בנושא זה:

מצאתם טעות או אי-דיוק?הערותיכם ייבחנו בהקדם האפשרי.