Учёные из Института науки Токио предложили новую теорию для объяснения необычной температурной зависимости и смены знака аномального эффекта Холла (AHE) в металлах с высокой проводимостью.

Аномальный эффект Холла возникает, когда электрический ток, проходящий через магнитный металл, создаёт напряжение, перпендикулярное току, даже в отсутствие внешнего магнитного поля (в обычном эффекте Холла поперечное напряжение появляется только при наличии внешнего магнитного поля). В последнее время AHE, связанный со спиральностью, используется для обнаружения киральных магнитных структур, таких как скирмионы, которые важны для развития спинтроники и квантовых технологий.

Однако на практике AHE часто демонстрирует сложное поведение, включая температурную зависимость и смену знака, что затрудняет обнаружение киральных магнитных структур. Существующие объяснения этого поведения требуют сложных численных расчётов.

Новая теория, разработанная японскими физиками, фокусируется на квантовой интерференции фаз при рассеянии электронов на киральных спиновых текстурах. По словам авторов, их модель объясняет зависимость AHE от температуры и магнитного поля в проводниках.

В рамках исследования учёные использовали модель Изинга-спин-Кондо-решётки на кагоме-решётке, которая считается базовой моделью для изучения AHE, связанного с киральностью. С помощью теории рассеяния они вывели общую формулу для AHE и провели моделирование методом Монте-Карло для изучения температурной и магнитной зависимости эффекта.

Анализ показал, что AHE демонстрирует немонотонную зависимость от волнового числа Ферми и смену знака в магнитной фазовой диаграмме. Согласно теории, при низких магнитных полях конкуренция между вкладами от ближних и дальних спиновых корреляций приводит к немонотонному поведению при понижении температуры. При высоких магнитных полях немонотонная температурная эволюция спиновых корреляций приводит к смене знака AHE.

Разработанная модель поможет анализировать реальные магнитные материалы с использованием расчётов из первых принципов и экспериментальных данных. Авторы считают, что она также может стать основой для разработки спинтронных устройств и магнитных квантовых материалов нового поколения.