1879年、エドウィン・ホールは、導体の電流に垂直な磁場が横方向の電圧を生み出すことに気づいた。一世紀以上にわたり、この効果はそのような配置——磁場が試料の面に厳密に垂直な場合——でのみ働くと信じられてきた。カーネギーメロン大学の科学者たちはその逆を証明した。
研究者たちは、タンタル-イリジウム-テルル化物と磁性を持つクロム-ゲルマニウム-テルル化物の数原子層からなる超薄型ヘテロ構造を作製した。結晶の対称性を精密に選び、層を近接させて接触させることで、二番目の材料の磁性がその電子特性を損なうことなく最初の材料へと浸透した。
このようなデバイスにおいて、科学者たちは通常のホール信号だけでなく、材料面内の磁化に依存する第二の異常な応答も記録した。これは、一つの小型センサーが今や磁場を二つの軸に沿って同時に測定できることを意味する。
以前はベクトル磁力測定のために二つの別個のセンサーを設置する必要があった。新しいアーキテクチャは構造を簡素化し、エレクトロニクス、輸送、医療診断においてよりコンパクトな機器への道を開く。
理論的モデリングにより、層の境界に追加のスピン軌道相互作用が生じ、それが以前は「禁じられていた」応答を可能にすることが示された。正確なメカニズムはまだ解明中であるものの、実験は予測を裏付けた。
チームはすでに他の材料の組み合わせを探し、室温でのデバイスの動作を検証している。結果が安定していれば、単結晶の多次元ホールセンサーが数年以内に日常の技術に登場するかもしれない。
一つの小さなデバイスが今や複数の従来のセンサーを置き換えることができる。
