Группа исследователей из Токийского технологического института предложила теоретическое обоснование нетипичных температурных флуктуаций и инверсии знака аномального эффекта Холла (AHE) в металлах с высокой проводимостью.
Аномальный эффект Холла проявляется в возникновении поперечного электрического напряжения при прохождении тока через намагниченный материал даже в отсутствие внешнего магнитного поля. В современной физике твердого тела AHE, обусловленный спиральностью, выступает ключевым инструментом для обнаружения киральных магнитных структур, таких как скирмионы, которые критически важны для прогресса в области спинтроники и квантовых вычислений.
Однако практическое применение этого явления ограничено его сложной динамикой, включая нелинейную температурную зависимость и смену полярности, что затрудняет идентификацию магнитных фаз. Существующие до сих пор интерпретации этих процессов требовали проведения крайне ресурсоемких численных расчетов.
Новая концепция, разработанная японскими физиками, фокусируется на механизме квантовой интерференции фаз, возникающей в процессе рассеяния электронов на киральных спиновых текстурах. По заявлению авторов, созданная ими модель позволяет с высокой точностью прогнозировать поведение аномального эффекта Холла в зависимости от температуры и характеристик магнитного поля в проводниках.
В рамках научной работы была задействована модель решетки Изинга — Кондо на структуре кагоме, признанная базовой для изучения кирального AHE. Применив аппарат теории рассеяния, ученые вывели универсальную формулу эффекта и провели серию симуляций методом Монте-Карло для детального изучения его физических свойств.
Анализ выявил немонотонную зависимость AHE от волнового числа Ферми и подтвердил наличие зон инверсии знака на фазовой диаграмме. Согласно выводам физиков, в слабых магнитных полях конкуренция между ближними и дальними спиновыми корреляциями вызывает нелинейное поведение при охлаждении. В условиях сильного магнитного поля именно температурная эволюция этих корреляций становится причиной смены знака эффекта.
Предложенная модель упростит исследование реальных магнитных соединений за счет интеграции расчетов из первых принципов с экспериментальными данными. Авторы убеждены, что их работа закладывает фундамент для создания передовых спинтронных устройств и разработки квантовых материалов нового поколения.
Источник: iXBT
