Антиферромагнетики — это материалы с внутренним магнитным полем, индуцируемым электронным спином, но практически без внешнего магнитного поля. Поскольку нет внешнего (или дальнодействующего) магнитного поля, единицы данных или биты могут быть упакованы более плотно внутри материала, что делает их потенциально полезными для хранения данных.
Ферромагнетики, обычно используемые в типичных устройствах магнитной памяти, являются противоположными. Эти устройства обладают магнитным поля дальнего действия, создаваемым битами, которое не позволяют им слишком плотно упаковываться друг в друга, поскольку в противном случае они взаимодействовали бы.
Эффект Холла, который представляет собой напряжение, которое появляется перпендикулярно направлению приложенного тока, является свойством, которое измеряется для считывания антиферромагнитного бита. Напряжение Холла меняет знак, когда все спины в антиферромагнетике перевернуты. В результате один знак напряжения Холла соответствует "1", а другой знак соответствует "0" — основной единице двоичного кодирования, используемой во всех компьютерных системах.
Хотя ученым давно известно об эффекте Холла в ферромагнетиках, эффект в антиферромагнетиках был обнаружен совсем недавно и до сих пор плохо изучен.
Группа исследователей из Токийского университета в Японии, Корнеллского университета и Университета Джона Хопкинса в США и Бирмингемского университета в Великобритании предложила объяснение "эффекта Холла" в антиферромагнетике Вейля (Mn3Sn), материале который имеет особенно сильный спонтанный эффект Холла. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, имеют значение как для ферромагнетиков, так и для антиферромагнетиков, а значит, и для запоминающих устройств следующего поколения в целом.
Mn3Sn привлек внимание исследователей, поскольку он не является идеальным антиферромагнетиком, но обладает слабым внешним магнитным полем. Исследователи стремились узнать, был ли эффект Холла вызван этим слабым магнитным полем. В своем эксперименте ученые использовали устройство, разработанное доктором Клиффордом Хиксом из Бирмингемского университета , который также является соавтором исследования. Устройство может быть использовано для создания переменной нагрузки на испытуемый материал. Исследователи обнаружили, что при приложении этого напряжения к этому антиферромагнетику Вейля остаточное внешнее магнитное поле увеличилось.
Если бы магнитное поле приводило к эффекту Холла, это имело бы соответствующее влияние на напряжение на материале. Исследователи показали, что на самом деле напряжение существенно не меняется, доказывая, что магнитное поле не имеет значения. Вместо этого они пришли к выводу, что расположение вращающихся электронов внутри материала отвечает за эффект Холла.
Эти эксперименты доказывают, что эффект Холла вызван квантовыми взаимодействиями между электронами проводимости и их спинами. Полученные данные важны для понимания и улучшения технологии магнитной памяти.