برمبنای یافته‌های تجربی جدید، نیمه‌هادی ژرمانیم مقاومت مغناطیسی تک سویه از خودش نشان می‌دهد. پدیده‌ای که پیشتر تنها در برخی مواد با ویژگی‌های غیر عادی دیده شده بود.

مقاومت مغناطیسی، مقاومت ایجاد شده ناشی از یک میدان مغناطیسی است که اغلب در مواد مغناطیسی دیده می‌شود. مطالعات اخیر به روی مواد غیر مغناطیسی اثر جدیدی به نام مقاومت مغناطیسی (UMR) یک سویه را فاش کرده است که بسته به جهت شارش جریان و از طریق کاهش یا افزایش مقاومت قابل شناسایی است. بر مبنای آزمایش جدیدی، اثر UMR در نیمه رسانای معمولی ژرمانیم شناسایی شده است، که البته در این حالت به طور فزاینده‌ای مقیاس این اثر 100 مرتبه بزرگتر از کاندیدای قبل است. محققان نظریه جدیدی از UMR را جهت توضیح این اثر و توجیه نتایجشان ارائه داده‌اند.

T. Guillet/Univ. Grenoble Alpes; CEA; SPINTEC

اثر (UMR) اول بار در سال 2017 در یک عایق توپولوژی دیده شد، و به دنبال آن تشخیص این اثر در گاز الکترونی دو بعدی به سرعت صورت گرفت. از آنجایی که این سیستم‌ها ذاتا مغناطیسی نیستند، در نتیجه محققان آن را به قفل شدگی اسپین-مدار نسبت دادند، که به معنی هم خط شدن اسپین الکترون‌ها در جهتی عمود بر تکانه آنهاست. در نتیجه ارتباط بین اسپین-جریان، UMR قابلیت استفاده در ادولت اسپینترونیک را خواهد داشت.

جهت اندازه گیری اثر UMR در ژرمانیم، Thomas Guillet از دانشکاه گرینوبل آلپس در فرانسه، و همکارانش یک لایه از آن را در جهت کریستالی (111) و به روی زیرلایه سیلیکون رشد دادند. سپس یک جریان از این لایه (ژرمانیم) عبور دادند و همزمان یک میدان مغناطیسی خارجی را به آن اعمال کردند. مقاومت اندازه گیری شده به جریان و میدان اعمالی بستگی دارد، و قویترین اثر UMR در حالتی رخ می‌دهد که جریان عمود بر میدان باشد. به عنوان مثال، جریان 10 میکرو آمپری و میدان یک تسلایی به مقدار 0.5 درصد مقاومت را تغییر می‌دهند، در مقایسه با تغییر 0.002 درصدی در مواد UMR مشاهده شده قبلی. جهت توضیح این پدیده و بنا به عقیده این تیم، اثر راشبا که شکافتگی مشهور در باندها و وابسته به اسپین های بالا و پایین است، منجر به قفل شدگی اسپین-مدار در حالت‌های سطحی ژرمانیم می‌شود.

این پژوهش در مقاله فیزیکال ریوو لترز به چاپ رسیده است.

منبع: Directionally Sensitive Magnetoresistance