بر اساس آزمایش جدیدی که صورت گرفته، ژرمانیومِ نیم‌رسانا مقاومت مغناطیسی یک‌طرفه‌ای را نشان می‌دهد که پیش‌تر تنها در مواد نامتعارف دیده شده است.

مقاومت مغناطیسی (مقاومتی که بواسطه‌ی یک میدان مغناطیسی القا می‌شود) غالباً به مواد مغناطیسی مربوط است. مطالعات اخیر منجر به شناخت اثر جدیدی موسوم به مقاومت مغناطیسی یک‌طرفه (UMR) شده است که در مواد غیرمغناطیسی ظاهر می‌شود. این اثر با افزایش یا کاهش در مقاومت مشخص می‌شود؛ چیزی‌که به جهت شارش جریان بستگی دارد. آزمایش جدید از کشف UMR در جایی شگفت‌آور و در ژرمانیوم نیم‌رسانا پرده برداشته است. از این گذشته اندازه‌ی این اثر ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر از موارد پیشین است. پژوهش‌گران نظریه جدیدی از UMR را برای توضیح نتایج‌ خود پیشنهاد داده‌اند.

UMR برای اولین بار در سال ۲۰۱۷ در یک عایق توپولوژیکی دیده شد و سریعاً در گاز الکترونی دوبعدی آشکارسازی شد. چون این سیستم‌ها ذاتاً مغناطیسی نیستند، پژوهش‌گران نتیجه گرفتند که UMR در اثر قفل‌شدن اسپین-اندازه‌حرکت است که عبارت از مرتب شدن اسپین‌های الکترونی در جهت عمود بر اندازه حرکت‌ است. به دلیل این ارتباطی که بین اسپین-جریان وجود دارد، UMRمی‌تواند در قطعات اسپین‌ترونیکی مفید واقع شود.

توماس گولنت (Thomas Guillet) از دانشگاه گرونوبل آلپس در فرانسه و همکارانش برای اندازه‌گیری UMR در ژرمانیوم، لایه‌ای از ژرمانیوم را در جهت بلوری (۱۱۱) بر روی زیرلایه‌ی سیلیکونی رشد داده‌اند. آن‌ها درحالی‌که یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می‌شد، جریانی را در این لایه به راه انداختند. مقاومت اندازه‌گیری شده به جریان و میدان وابسته بوده و زمانی که جریان در جهت عمود بر میدان مغناطیسی قرار می‌گرفته، قوی‌ترین اثر UMR رخ داده است. به عنوان مثال یک جریان ۱۰ میکروآمپری و میدان ۱ تسلا تغییر ۵/۰ درصدی در مقاومت ایجاد کرده که در مقایسه با تغییر ۰۰۲/۰ درصدی که در مواد UMR پیشین مشاهده شده بود، قابل مقایسه است. برای توضیح این مقاومتِ نسبتاً بزرگ این تیم پیشنهاد دادند که اثر راشبا (شکافتگی معروفی که در نوارهای مربوط به اسپین‌های بالا و پایین رخ می‌دهد) موجب ایجاد قفل شدگی اسپین-اندازه‌حرکت در حالات زیرسطحی ژرمانیوم شده است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

نویسنده:

مایکل شربر کمک ویراستار مجله فیزیک در لیون فرانسه است.

منبع:

Directionally Sensitive Magnetoresistance