एक सदी पुराने भौतिकी प्रभाव को मिला नया आयाम

कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने 1879 में खोजे गए हॉल प्रभाव नामक घटना का एक अप्रत्याशित नया रूप खोजा है। यह घटना पदार्थों के विद्युत और चुंबकीय गुणों का अध्ययन करने के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल होती है, और यह खोज इसके बारे में एक सदी पुरानी धारणा को चुनौती देती है। नेचर मटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित यह शोध भविष्य में इलेक्ट्रॉनिक्स, परिवहन और मेडिकल इमेजिंग के लिए सरल और अधिक लचीले चुंबकीय सेंसर बनाने में मदद कर सकता है।

हॉल प्रभाव तब होता है जब किसी पदार्थ की सतह के लंबवत लगाया गया चुंबकीय क्षेत्र, उसमें बह रहे विद्युत आवेशों को मोड़ देता है और एक मापने योग्य वोल्टेज पैदा करता है। एक सदी से अधिक समय तक वैज्ञानिकों का मानना था कि यह प्रभाव तभी काम करता है जब चुंबकीय क्षेत्र पदार्थ की सतह के लंबवत हो। सिमरनजीत सिंह के नेतृत्व में कार्नेगी मेलन के भौतिकी विभाग के शोधकर्ताओं ने अब दिखाया है कि चुंबकीय क्षेत्र सतह के समांतर (in-plane) होने पर भी एक प्रतिक्रिया मिलती है।

इस समांतर प्रभाव को साबित करने के लिए, ज्योति काटोच के साथ मिलकर काम कर रही टीम ने टैंटलम इरिडियम टेल्यूराइड (TaIrTe4) से बेहद पतले उपकरण बनाए। यह पदार्थ इस प्रभाव को पैदा करने के लिए ज़रूरी क्रिस्टल संरचना रखता है। इसे कुछ ही परमाणु-परतों जितना पतला करके एक चुंबकीय परत, Cr2Ge2Te6 (CGT), के साथ जोड़ा गया। दोनों परतें बेहद पास होने के कारण, चुंबकीय परत का चुंबकत्व दूसरी, गैर-चुंबकीय परत में भी आ जाता है, जबकि वह परत अपने विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुण भी बनाए रखती है।

इन उपकरणों के भीतर, शोधकर्ताओं ने पारंपरिक हॉल सिग्नल के साथ-साथ पदार्थ की सतह के समांतर चुंबकत्व से जुड़ा एक नया, असामान्य सिग्नल भी पाया। इसका मतलब है कि एक ही अति-पतला उपकरण एक से अधिक दिशाओं में चुंबकीय क्षेत्र माप सकता है, जिसके लिए पहले दो अलग-अलग सेंसर चाहिए होते थे।

शुभायु चटर्जी के सैद्धांतिक मॉडलिंग से पता चला कि दोनों पदार्थों को जोड़ने से उनकी संयुक्त सममिति कम हो जाती है। इससे इंटरफ़ेस पर अतिरिक्त स्पिन-ऑर्बिट कपलिंग संभव होता है — यानी इलेक्ट्रॉन की गति और उसके क्वांटम स्पिन के बीच का संबंध। यही समांतर प्रभाव को कम तापमान पर CGT परत के चुंबकीय बनने पर उभरने देता है।