اثر هال در رساناهای شبه یک بعدی

[آیدا.ف]

رساناهای آلیِ شبه یک بعدی، لایه‌ای از رشته‌های مولکولی بلندی هستند که جریان الکترون‌ها را در یک بعد محدود می‌کنند. این کاهش ابعاد باعث ایجاد رفتارهای منحصر به فردی می‌شود، از جمله مقاومت‌ مغناطیسی وابسته به زاویه و اثر هال که در نوع خود عجیب و غیرقابل انتظار است. همان‌طور که در Physical Review Letters به چاپ رسیده، مقاومت مشخصه‌ی هال با چرخش جهت‌گیری میدان مغناطیسی نسبت به ساختار شبکه رسانا نوسان می‌کند.

در واقع اثر هال زمانی رخ می‌دهد که میدان مغناطیسی به صورت عمود بر جریان در ماده اعمال شود. این نیروی مغناطیسی باعث می‌شود که حامل‌های بار در دو سر ماده تجمع کنند، و در نتیجه باعث ایجاد یک ولتاژ معکوس ‌شود. اگر این حامل‌های بار در دو بعد محدود شوند، اثر هال کوانتیزه می‌شود، و مقاومت هال (نسبت ولتاژ معکوس به جریان طولی) به صورت مقادیر گسسته خواهد بود.

پیش از این انتظار نمی‌رفت که اثر هال در رسانای یک بعدی به وقوع پیوندد. با این وجود، کایا کوبایاشی (Kaya Kobayashi) از دانشگاه آیوما گاکین در کاناگاوای ژاپن و همکارانش پاسخی شبیه به اثر هال را در رسانای آلی شبه یک بعدی 2CIO4(TMTSF) کشف کرده‌اند. آنها کریستال‌های واحدی از این رسانا را در یک میدان 15 تسلایی قرار داده و ولتاژ معکوس آن را بر حسب جریان جاری شده در رشته‌های مولکولی اندازه‌گیری کردند. زمانی که این تیم زاویه بین میدان مغناطیسی و شبکه کریستالی را تغییر می‌دادند، دریافتند که مقاومت هال از مقادیر مثبت به مقادیر منفی تغییر می‌کند، و در«زوایای جادویی» مقدارش صفر می‌شود. این زوایا متناظر با صفحات کریستالی هستند که یک رشته مولکولی را به نزدیک‌ترین همسایه‌هایش متصل می‌کند. برای توصیف این اثر هالِ خارق‌العاده، محققان فرض کردند که میدان مغناطیسی نوعی مقاومت مداری را برانگیخته می‌کند که به الکترون‌ها این امکان را می‌دهد تا بین رشته‌های مختلف نوسان کنند.