145 år gammal fysikprincip omprövas – ny upptäckt kan krympa framtidens sensorer
En nyupptäckt form av Halleffekten gör det möjligt att bygga mindre och känsligare magnetsensorer för framtidens elektronik och fordon.
Forskare vid Carnegie Mellon University har visat att den fysikaliska Halleffekten kan uppträda i en riktning som forskarvärlden länge trott varit omöjlig. Upptäckten, som redovisas i tidskriften Nature Materials, kullkastar ett antagande som styrt materialfysiken i nästan 145 år och öppnar för helt nya tillämpningar inom mikroteknik, transport och sjukvård.
Men hur fungerar egentligen Halleffekten, och varför har den så stor betydelse i vardagen? När den amerikanske fysikern Edwin Hall upptäckte fenomenet år 1879 noterade han att elektriska laddningar som rör sig genom ett material böjs av åt sidan om ett magnetfält läggs på vinkelrätt mot ytan. Denna avböjning skapar en mätbar spänning som avslöjar information om materialets elektriska egenskaper och omgivande magnetfält. Principen används i dag i miljarder vardagliga komponenter, från tangentbord och smarta telefoner till hjulsensorer i bilar och avancerade medicinska scanners. Fysiker har dock under mer än ett sekel utgått från att effekten uteslutande fungerar när magnetfältet appliceras rakt uppifrån eller nedifrån i förhållande till materialplanet.
Vad är det då forskargruppen har förändrat? Genom att kombinera två extremt tunna skikt av kvantmaterial i atomskala lyckades teamet under ledning av fysikdocenten Simranjeet Singh framkalla en så kallad in-plane anomal Halleffekt – en elektrisk respons som uppstår när magnetfältet ligger helt plant i samma plan som strömmen och materialet.
Den praktiska vinsten är betydande. För att kartlägga magnetfält i flera riktningar samtidigt, så kallad vektormagnetometri, krävs i dag separata sensorer som monteras i olika vinklar mot varandra. Den nya metoden gör att ett enda tunt chip kan mäta både vinkelräta och parallella fält på en gång. Forskarna undersöker nu komponentens egenskaper i rumstemperatur för att på sikt möjliggöra lättare navigationsenheter i drönare, mer strömsnål konsumentelektronik och mer exakt magnetfältsmätning inom medicinsk diagnostik.
Tror du att det här är sant?