تغيير در مقاومت مواد در اثر اعمال ميدان مغناطيسي - مقاومتِ مغناطيسي- مي‌تواند خيلي كم يا خيلي زياد باشد. اما در هر صورت،‌ اين اثر كه در درايوهاي ديسك سخت و سنسورهاي ميدان مغناطيسي كاربرد دارد، در ميدان‌هاي به قدرِ كافي بزرگ كم كم متوقف مي‌شود. دي تلورايد تنگستن (WTe2) اولين استثناي شناخته شده است: در 53/0 كلوين، با افزايش ميدان، مقاومت آن به سرعت افزايش يافته، در 60 تسلا بدون هيچ نشانه‌اي از توقف تا 13 ميليون درصد تغيير مي‌كند. (M. N. Ali et al., Nature 514, 205 (2014)) آزمايش‌هاي تابش فوتوني جديد پيشنهاد مي‌دهند كه اين اثر نتيجه‌ي تعادلي كامل و غيرمنتظره بين الكترون‌ها و حفره‌هاست- يافته‌اي كه مي‌تواند در مهندسي ساير مواد با مقاومت مغناطيسي بزرگ راهگشا باشد.

I. Pletikosić et al., Phys. Rev. Lett. (2014)

WTe2فقط تعداد كمي حفره و الكترونِ هادي، با چگالي‌هاي يكسان، دارد. به علاوه «تميز» (clean) است به اين معنا كه الكترون‌ها و حفره‌ها مي‌توانند قبل از پراكندگي فاصله‌اي طولاني را طي كنند. طبق پيش‌بيني نظريه‌ي فلز، موادي كه چنين مشخصه‌اي دارند مقاومتشان با مربع ميدان مغناطيسي افزايش مي‌يابد. اما در مواد واقعي مثل بيسموت و گرافيت، اين افزايش در ميدان‌هاي بزرگ متوقف مي‌شود زيرا چگالي الكترون‌ها و حفره‌ها دقيقاً برابر نيست. ايوو پلتيكوسيچ (Ivo Peltikosic) از دانشگاه پرينستون در نيوجرسي، و همكارانش در آزمايشگاه ملي بروكهاون در نيويورك، ساختار الكترونيكي WTe2 را از طريق تابش فوتوني با رزولوشن بالا مطالعه كرده و نشان دادند كه تقريباً موازنه‌ي كاملي بين الكترون و حفره برقرار است. آن‌ها همچنين دريافتند كه در دماهاي بالاتر،‌ حالت‌هاي الكتروني خاصي شروع به افزايش نسبت به حفره‌ها مي‌كنند و همين شايد توضيح دهد كه چرا مقاومت مغناطيسي در WTe2 در بالاتر از حدود 100 كلوين از بين مي‌رود. با در دست داشتن نقشه‌اي دقيق از ساختار الكترونيكيِ WTe2، پژوهشگران نقطه‌ي مرجعي دارند براي درك اينكه چطور آلائيده كردن ماده مي‌تواند خواص مقاومت مغناطيسي آن را باز هم بهبود ببخشد.

اين تحقيق در Physical Review Letters به چاپ رسيده است.

منبع

Magnetoresistance That Doesn’t Stop