Des chercheurs observent un important effet Hall anormal déclenché par un escalier du diable fluctuant en rotation

Un groupe de recherche de l'Université de Tsukuba a découvert que les fluctuations des spins électroniques dans les matériaux magnétiques déclenchent un important effet Hall anormal pendant la transition de phase connue sous le nom de transition magnétique de l'escalier du diable.

Cette découverte est cruciale pour l’avancement de la conversion magnéto-thermoélectrique, une technologie de production d’énergie respectueuse de l’environnement, conduisant potentiellement au développement de nouveaux matériaux de conversion thermoélectrique. L'étude est publiée dans npj Matériaux Quantiques.

Voici un peu de contexte : lorsqu'un courant électrique traverse un échantillon de métal dans un champ magnétique, il subit la force de Lorentz. Cette force génère une tension perpendiculaire au champ magnétique et au courant, un phénomène appelé effet Hall.

Dans les métaux magnétiques, un phénomène similaire, connu sous le nom d'effet Hall anormal, peut se produire indépendamment d'un champ magnétique externe, en particulier dans les matériaux ferromagnétiques dans lesquels les spins des électrons sont alignés. Généralement, cet alignement – ​​et donc l’effet Hall anormal – ne se manifeste qu’en dessous d’une certaine température, connue sous le nom de température de transition magnétique. Au-dessus de cette température, les spins deviennent désordonnés, conduisant à la quasi-disparition de l'effet Hall anormal.

Bien que l’effet Hall anormal puisse se produire au-dessus de la température de transition magnétique lorsque les spins sont alignés par un champ magnétique externe, il est généralement extrêmement faible.

Dans cette étude, les chercheurs ont observé un effet Hall anormal important à des températures dépassant la température de transition magnétique dans le matériau magnétique SrCo.₆Ô₁₁qui présente un phénomène de transition magnétique unique connu sous le nom d'« escalier du diable à rotation fluctuante ».

Notamment, l’ampleur de l’effet Hall anormal – ou de l’angle Hall anormal – était parmi les plus importantes enregistrées pour les oxydes magnétiques. La recherche suggère que cet effet significatif provient probablement de la diffusion intense des électrons de conduction due à un type spécifique de fluctuation de spin connue sous le nom de fluctuation de spin-flip.

Cet effet Hall anormal important a des implications significatives pour le principe de conversion magnéto-thermoélectrique. Les résultats de cette étude fournissent un nouveau principe de conception de matériaux pour cette technologie, qui pourrait avoir un impact substantiel sur le développement de nouveaux matériaux de conversion thermoélectrique.