In 1879 merkte Edwin Hall op dat een magnetisch veld dat loodrecht op een stroom in een geleider staat, een transversale spanning creëert. Meer dan een eeuw lang werd aangenomen dat het effect alleen in die positie werkt — het veld staat strikt loodrecht op het vlak van het monster. Wetenschappers van de Carnegie Mellon University hebben het tegendeel bewezen.
Onderzoekers creëerden een ultradunne heterostructuur van enkele atomaire lagen tantaal-iridium-telluride en magnetisch chroom-germanium-telluride. Dankzij een nauwkeurige selectie van kristalsymmetrie en nauw contact tussen de lagen, drong het magnetisme van het tweede materiaal door in het eerste, zonder de elektronische eigenschappen ervan te vernietigen.
In dergelijke apparaten registreerden wetenschappers niet alleen het gebruikelijke Hall-signaal, maar ook een tweede, ongebruikelijke respons die afhangt van de magnetisatie in het vlak van het materiaal. Dit betekent dat één miniatuursensor nu in staat is om het magnetische veld langs twee assen tegelijk te meten.
Voorheen was voor vectormagnetometrie het plaatsen van twee afzonderlijke sensoren vereist. De nieuwe architectuur vereenvoudigt het ontwerp en opent de weg naar compactere apparaten in de elektronica, transport en medische diagnostiek.
Theoretische modellering toonde aan dat er op de grenslaag een extra spin-orbit-interactie ontstaat, die de voorheen 'verboden' respons mogelijk maakt. Het experiment bevestigde de voorspellingen, hoewel het exacte mechanisme nog wordt verfijnd.
Het team zoekt al naar andere materiaalcombinaties en test de werking van de apparaten bij kamertemperatuur. Als het resultaat stabiel blijkt, kunnen single-chip multidimensionale Hall-sensoren al in de komende jaren in alledaagse technologie verschijnen.
Eén piepklein apparaat is nu in staat om meerdere eerdere sensoren te vervangen.
