W 1879 roku Edwin Hall zauważył, że pole magnetyczne prostopadłe do prądu w przewodniku wytwarza napięcie poprzeczne. Przez ponad wiek sądzono, że efekt działa tylko w takim położeniu — pole ściśle prostopadle do płaszczyzny próbki. Naukowcy z Uniwersytetu Carnegie Mellon udowodnili coś przeciwnego.
Badacze stworzyli ultracienką heterostrukturę z kilku warstw atomowych tantal-iryd-tellurku i magnetycznego chrom-german-tellurku. Dzięki precyzyjnemu dobraniu symetrii kryształów i bliskiemu kontaktowi warstw magnetyzm z drugiego materiału przeniknął do pierwszego, nie niszcząc jego właściwości elektronowych.
W takich urządzeniach naukowcy zarejestrowali nie tylko zwykły sygnał Halla, lecz także drugą, nietypową odpowiedź, zależną od namagnesowania w płaszczyźnie materiału. Oznacza to, że jeden miniaturowy czujnik potrafi teraz mierzyć pole magnetyczne jednocześnie wzdłuż dwóch osi.
Wcześniej do magnetometrii wektorowej trzeba było umieszczać dwa osobne czujniki. Nowa architektura upraszcza konstrukcję i otwiera drogę do bardziej kompaktowych przyrządów w elektronice, transporcie i diagnostyce medycznej.
Modelowanie teoretyczne pokazało, że na granicy warstw powstaje dodatkowe oddziaływanie spinowo-orbitalne, które umożliwia wcześniej „zabronioną” odpowiedź. Eksperyment potwierdził przewidywania, choć dokładny mechanizm wciąż jest doprecyzowywany.
Zespół już szuka innych kombinacji materiałów i sprawdza działanie urządzeń w temperaturze pokojowej. Jeśli wynik okaże się trwały, jednokrystaliczne wielowymiarowe czujniki Halla mogą pojawić się w codziennej technice już w najbliższych latach.
Jedno maleńkie urządzenie potrafi teraz zastąpić kilka dotychczasowych czujników.
