В 1879 году Эдвин Холл заметил, что магнитное поле, перпендикулярное току в проводнике, создаёт поперечное напряжение. Более века считалось, что эффект работает только в таком положении — поле строго перпендикулярно плоскости образца. Учёные из Университета Карнеги-Меллон доказали обратное.
Исследователи создали сверхтонкую гетероструктуру из нескольких атомных слоёв тантал-иридий-теллурида и магнитного хром-германий-теллурида. Благодаря точному подбору симметрии кристаллов и близкому контакту слоёв магнетизм из второго материала проник в первый, не разрушая его электронные свойства.
В таких устройствах учёные зарегистрировали не только привычный сигнал Холла, но и второй, необычный отклик, зависящий от намагниченности в плоскости материала. Это означает, что один миниатюрный сенсор теперь способен измерять магнитное поле сразу по двум осям.
Раньше для векторной магнитометрии требовалось ставить два отдельных датчика. Новая архитектура упрощает конструкцию и открывает путь к более компактным приборам в электронике, транспорте и медицинской диагностике.
Теоретическое моделирование показало, что на границе слоёв возникает дополнительное спин-орбитальное взаимодействие, которое и разрешает «запрещённый» ранее отклик. Эксперимент подтвердил предсказания, хотя точный механизм ещё уточняется.
Команда уже ищет другие комбинации материалов и проверяет работу устройств при комнатной температуре. Если результат окажется устойчивым, однокристальные многомерные датчики Холла могут появиться в повседневной технике уже в ближайшие годы.
Одно крошечное устройство теперь способно заменить несколько прежних сенсоров.
