Nel 1879, Edwin Hall osservò che un campo magnetico perpendicolare alla corrente in un conduttore genera una tensione trasversale. Per oltre un secolo si è ritenuto che l'effetto funzionasse solo in questa configurazione, con il campo rigorosamente perpendicolare al piano del campione. Gli scienziati della Carnegie Mellon University hanno dimostrato il contrario.
I ricercatori hanno creato una eterostruttura ultrasottile composta da diversi strati atomici di tellururo di tantalio-iridio e tellururo magnetico di cromo-germanio. Grazie a una precisa selezione della simmetria dei cristalli e al contatto ravvicinato tra gli strati, il magnetismo del secondo materiale è penetrato nel primo senza distruggerne le proprietà elettroniche.
In tali dispositivi, gli scienziati hanno registrato non solo il consueto segnale di Hall, ma anche una seconda e insolita risposta, dipendente dalla magnetizzazione nel piano del materiale. Ciò significa che un singolo sensore miniaturizzato è ora in grado di misurare il campo magnetico lungo due assi contemporaneamente.
In precedenza, la magnetometria vettoriale richiedeva l'installazione di due sensori distinti. La nuova architettura semplifica la progettazione e apre la strada a dispositivi più compatti nell'elettronica, nei trasporti e nella diagnostica medica.
La modellazione teorica ha mostrato che all'interfaccia tra gli strati si genera un'ulteriore interazione spin-orbita, che permette la risposta precedentemente "proibita". L'esperimento ha confermato le previsioni, sebbene il meccanismo esatto sia ancora in fase di definizione.
Il team sta già cercando altre combinazioni di materiali e testando il funzionamento dei dispositivi a temperatura ambiente. Se i risultati si dimostreranno stabili, i sensori di Hall multidimensionali a chip singolo potrebbero apparire nella tecnologia di uso quotidiano già nei prossimi anni.
Un unico minuscolo dispositivo è ora in grado di sostituire diversi sensori precedenti.
