นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเอฟเฟกต์ฮอลล์ใหม่ในแอนติเฟอร์โรแมกเนติกแบบไม่เป็นเส้นตรงที่ขับเคลื่อนโดยกระแสสปินซึ่งเป็นเส้นทางสู่อุปกรณ์สปินทรอนิกที่มีประสิทธิภาพและยืดหยุ่นมากขึ้น

ทีมงานที่นําโดย Luke Warnatt นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโดและรองศาสตราจารย์ Hua Chen ได้ค้นพบเอฟเฟกต์ฮอลล์ที่ไม่รู้จักมาก่อนซึ่งอาจนําไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น

การวิจัยของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ใน Physical Review Letters ดําเนินการร่วมกับนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Bastián Pradenas และศาสตราจารย์ Oleg Tchernyshyov ที่มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ นักวิจัยพบหลักฐานของคุณสมบัติใหม่ในคลาสของวัสดุแม่เหล็กที่ซับซ้อนที่เรียกว่าแอนติเฟอร์โรแมกเนติกแบบไม่โคลิเนียร์หรือที่เรียกว่า "มวลฮอลล์"

เอฟเฟกต์ฮอลล์แบบดั้งเดิมซึ่งค้นพบโดย Edwin Hall แห่งมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ในปี 1879 อธิบายว่ากระแสไฟฟ้าเบี่ยงเบนอย่างไรเมื่ออยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กภายนอกส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ เอฟเฟกต์นี้มีบทบาทสําคัญในเทคโนโลยี เช่น เซ็นเซอร์ความเร็วรถยนต์และเครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหวของสมาร์ทโฟน

แต่ในการวิจัยของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโด การหมุนของอิเล็กตรอน (รูปแบบเล็กๆ ที่แท้จริงของโมเมนตัมเชิงมุม) เป็นจุดศูนย์กลางแทนประจุ แอนติเฟอร์โรแมกเนติกแบบไม่โคลิเนียร์ซึ่งแตกต่างจากแม่เหล็กสปินขนานหรือแม่เหล็กต่อต้านขนานที่เราคุ้นเคยมีสปินในทิศทางที่ต่างกัน แต่ผลรวมยังคงเป็นศูนย์การทําให้เป็นแม่เหล็กสุทธิ พื้นผิวการหมุนที่เป็นเอกลักษณ์นี้มอบมิติใหม่ให้กับเอฟเฟกต์ Hall ซึ่งกระแสสปินสามารถไหลเป็นมุมฉาก ไม่ใช่แค่ประจุไฟฟ้า

บทบาทของกระแสสปินและมวลฮอลล์

"ลองนึกภาพการผลักกระแสหมุนหนึ่งไปในทิศทางหนึ่งและให้กระแสหมุนอีกตัวผลักไปในทิศทางอื่น" Warner อธิบาย "นั่นคือจุดเด่นของเอฟเฟกต์ฮอลล์" เหตุผลที่เอฟเฟกต์ใหม่นี้ควบคุมโดย "มวลฮอลล์" เกิดขึ้นเฉพาะในแอนติเฟอร์โรแมกเนติกที่ไม่ใช่โคลิเนียร์เท่านั้น เนื่องจากมีอิสระสามองศาในการอธิบายทิศทางการหมุน

ความซับซ้อนเพิ่มเติมนี้ส่งผลให้เกิดคลื่นสปินสามสาขา (การสั่นสะเทือนโดยรวมของสปิน) ซึ่งสองสาขาไหลไปทางด้านข้างตามธรรมชาติภายใต้การกระทําของแรงขับเคลื่อน

นักวิจัยสามารถวัดมวลฮอลล์ได้โดยการฉีดคลื่นสปินจากเฟอร์โรแมกเนติกทั่วไปลงในแอนติเฟอร์โรแมกเนติกที่ไม่ใช่โคลิเนียร์และตรวจจับการสะสมของสปินตามขอบหรือโดยใช้เทคนิคการกระเจิงเช่นนิวตรอนหรือรังสีเอกซ์เพื่อติดตามสเปกตรัมสปินพลังงานต่ํา

ผลกระทบต่อสปินทรอนิกส์และเทคโนโลยีในอนาคต

เนื่องจากกระแสสปินสร้างความร้อนน้อยกว่ากระแสไฟฟ้ามากการใช้กระแสไฟฟ้าจึงสามารถปฏิวัติอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ได้ โอกาสนี้วางรากฐานสําหรับสาขา "สปินทรอนิกส์" ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งทุ่มเทให้กับการสร้างอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ที่เก็บข้อมูลที่ใช้แม่เหล็ก (หน่วยความจําเข้าถึงโดยสุ่มแม่เหล็ก MRAM) ซึ่งประหยัดพลังงานมากขึ้นและทนทานต่อการทําลายข้อมูลโดยสนามแม่เหล็กภายนอก

ในวัสดุแม่เหล็กแบบดั้งเดิมสนามแม่เหล็กหลงทางบางครั้งจะทําลายข้อมูลที่เก็บไว้ ในทางตรงกันข้าม antiferromagnets แบบไม่เป็นเส้นตรงมีผลกระทบต่อการรบกวนนี้น้อยกว่ามาก ซึ่งทําให้มีความปลอดภัยมากขึ้นในแง่ของการจัดเก็บและการประมวลผลข้อมูล โดยสรุป การค้นพบเอฟเฟกต์ฮอลล์ใหม่นี้และมวลฮอลล์ที่เกี่ยวข้องเป็นการเปิดทิศทางที่น่าตื่นเต้นสําหรับฟิสิกส์สสารควบแน่น และอาจเป็นแนวทางในการพัฒนาเทคนิคการหมุนไดรฟ์รุ่นต่อไป