قد يسمع غير الفيزيائيين عن “تأثير هول” ويعتقدون أنه يرتبط بالطريقة التي يطول بها الوقت عند محاولة إخراج الأطفال الصغار من الباب الأمامي، أو بالظاهرة التي تنسى فيها مفاتيحك أو هاتفك دائمًا أثناء سفرك عبر الردهة.

ومع ذلك، فإن تأثير هول الفعلي يتعلق بالطريقة التي تتفاعل بها التيارات الكهربائية والمجالات المغناطيسية في سيناريوهات معينة، وهو مفيد في مجموعة واسعة من التقنيات التي تحتاج إلى اكتشاف المغناطيسية، بما في ذلك الأغطية القابلة للطي على الهواتف.

في حين أن التأثير معروف منذ الفيزيائي إدوين هول اكتشفه الباحثون في عام 1879، بقيادة فريق من جامعة كارنيجي ميلون في الولايات المتحدة، ووجدوا الآن أنه ليس من الضروري أن يعمل بالطريقة التي اعتقد بها العلماء دائمًا.

يمكن أيضًا إنتاج نسخة مغناطيسية من هذه الظاهرة، تُعرف باسم تأثير هول الشاذ، عن طريق مغنطة المادة نفسها.

تظهر دراسة جديدة أن هذا المغنطة لا يحتاج بالضرورة إلى الإشارة إلى اتجاه واحد محدد، فهو أكثر تنوعًا من ذلك، كما أفاد فريق البحث في دراسة نشرت في مجلة مواد الطبيعة.

“لفترة طويلة، اعتقد الناس أن تأثير هول لا يعمل إلا عندما يتم تطبيق المجال المغناطيسي بشكل عمودي على مستوى الفيلم.” يقول الفيزيائي سيمرانجيت سينغ من جامعة كارنيجي ميلون.

“لقد أظهرنا أن هذا غير صحيح – يمكنك أيضًا الحصول على استجابة عندما يكون المجال في المستوى.”

صورة بصرية لأحد أجهزة الدراسة، تظهر TaIrTe₄ (شرطات حمراء)، كر₂جي₂ال₆ (شرطات زرقاء)، والأقطاب الكهربائية (شرطات صفراء). (كاو وآخرون، ليلة. ماتر.، 2026)

إنه تحول في التفكير الذي حدث تم نظريتها من قبل، ولكن لم يتم عرضها مطلقًا في نظام ثنائي الأبعاد مثل النظام الذي أنشأه الباحثون هنا.

تم استخدام هذه النظريات كأساس لإنشاء بنية ذرية مخصصة، تتكون من طبقة رقيقة جدًا من مادة التنتالوم إيريديوم تيلورايد (TaIrTe4)، مقترنة بطبقة مغناطيسية من CGT (Cr2Ge2Te6).

كان التركيب الهيكلي كافيًا لـ “تسريب” المغناطيسية إلى الطبقة غير المغناطيسية، مع تقليل بعض تناسق المواد المتأصل الذي من شأنه أن يقيد كيفية إنشاء تأثير هول.

“لقد اقترح الناس ذلك وكانت الأفكار موجودة، ولكن من الصعب جدًا صنع مادة مغناطيسية ذات التماثل الصحيح للقيام بذلك.” يقول سينغ.

“ما فعلناه هو أننا وجدنا مادة ذات التماثل الصحيح وجعلناها مغناطيسية.”

إنه إنجاز كبير لفهم التأثير الأساسي في الفيزياء. ومن الناحية العملية، يمكن أن يكون الفوز الكبير في أجهزة الاستشعار المغناطيسية، حيث يمكن لجهاز استشعار واحد أن يحل محل الأجهزة الأكثر تعقيدًا.

هناك طريقة أخرى للتفكير في الأمر وهي أنه من المحتمل أن يتمكن جهاز واحد رفيع جدًا من الكشف المجالات المغناطيسية على عدة محاور، وليس على محور واحد فقط.

“هذا يوضح حقًا قوة بناء هياكل متغايرة دقيقة ذريًا للمواد الكمومية الناشئة ثنائية الأبعاد للحصول على خصائص إلكترونية ومغناطيسية عند الطلب.” يقول الفيزيائي جيوتي كاتوش من جامعة كارنيجي ميلون.

تم أيضًا إجراء بعض النمذجة النظرية، لتتماشى مع التجارب المعملية وشرح سبب حصول الباحثين على النتائج التي رأوها.

أظهرت النماذج أن تأثيرات الإلكترون المختلفة – مثل اقتران المدار المغزلي (حيث تقترن حركة الإلكترون بالدوران المغزلي) وتفاعلات التبادل المغناطيسي – يمكن أن تفسر الاستجابة المرصودة، ولكن ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لمعرفة ذلك على وجه اليقين.

هناك آثار أوسع نطاقا أيضا. جميع المواد لديها تماثل جوهري معين، ولكن البحث يظهر أن الجمع بين المواد يمكن أن يكسر ويعدل هذا التماثلات بطرق مفيدة – مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية يحتمل أن يكون أحد المجالات التي يمكن أن تستفيد.

ومع ذلك، في الوقت الحالي، هذه تجربة صغيرة الحجم يتم إجراؤها في ظروف معملية محددة جدًا، بما في ذلك درجات الحرارة المبردة. ستكون الخطوات التالية للباحثين هي اختبار تأثير هول البديل في نطاق أوسع من المواد، أقرب إلى درجة حرارة الغرفة.

متعلق ب: اكتشاف استثناء مذهل لقانون الفيزياء البالغ عمره 200 عام

“تكشف نتائجنا عن إمكانية تصميم تأثيرات هول القابلة للضبط من خلال التحكم في التماثل البلوري وتفاعلات التبادل في الواجهات.” يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

“إن عملنا يفتح إمكانيات لإجراء تحقيقات مستقبلية في مواد طوبولوجية أخرى منخفضة التناظر لهندسة ظواهر نقل كمومية جديدة للجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية.”

وقد تم نشر البحث في مواد الطبيعة.

إقرأ المزيد