Wikipedysta:Brodo~plwiki/brudnopis

Zjawisko Anomalnego Halla (AHE) zostało odkryte w latach 30-tych XX-wieku. Pierwsze eksperymentalne wzmianki o tym zjawisku znajdują się w pracach Smith'a and Sears'a [1] i Pugh'a [2]. Badając przewodnictwo Hallowskie materiałów magnetycznych odkryto, że obok zwykłego efektu Halla mamy wkład zależny od namagnesowania. Oporność Hallowska materiałów będących w fazie ferromagnetycznej $\rho _{xy}$ posiada dodatkowy człon zależny od namagnesowania [3]:

$\rho _{xy}=R_{0}B+\mu _{0}R_{S}M,$

gdzie $R_{0}$ jest normalną stałą Halla, B jest indukcją pola magnetycznego,$R_{S}$ jest anomalną stałą Halla, M namagnesowaniem a $\mu _{0}$ jest przenikalnością magnetyczną próżni.

Pierwsze próby analizy teoretycznej przeprowadzili Karplus i Luttinger [4] w latach 50-tych ubiegłego wieku. Badając ferromagnetyki twierdzili oni że wszystkie własności Anomalnego Efektu Halla są konsekwencją oddziaływania spin-orbita (s-o) elektronów.

Z teorią tą polemizował J.Smith [5],[6], który udowodnił że wewnętrzny mechanizm s-o jest znoszony w izotropowym materiale i że za występowanie AHE odpowiada zewnętrzny mechanizm anizotropowego rozpraszania (skew-scattering) na domieszkach magnetycznych spowodowany oddziaływaniem s-o. Mechanizm ten zakładał liniową zależność anomalnej stałej Halla od oporności właściwej $R_{S}\propto \varrho .$

Jednakże dla szeregu materiałów ferromagnetycznych w eksperymencie obserwowano kwadratową zależność anomalnej stałej Halla od oporności właściwej $R_{S}\propto \varrho ^{2}.$

Co było niezgodne z teorią Smith'a. W latach 70-tych Berger [7] inaczej wyjaśnił ten fenomen, zakładając nowy rodzaj zewnętrznego rozpraszania typu skoku kwantowego (side jump).

Teorie opisujące anomalny efekt Halla za pomocą zewnętrznych mechanizmów rozpraszania skew-scattering i side jump przez szereg lat uznawane były za dobrze opisujące to zjawisko dla ferromagnetyków. Wprowadzenie pierwiastka magnetycznego do matrycy półprzewodnikowej zaoowocowało powstaniem półprzewodników półmagnetycznych, ale także przyniosło za sobą nowe aspekty zjawiska anomalnego Halla, które nie dawały się wytłumaczyć na gruncie dotychczasowych teorii. Analiza wyników pomiarów zaczęła skłaniać teoretyków do zwrócenia się jakby na nowo do teorii wewnętrznego rozpraszania, proponowanej cztery dekady wcześniej przez Karplusa i Luttingera. Nowa teoria [8] została oparta na mechanizmie kwantowym zwanym fazą Berry'go. Nośniki ładunku poruszające się w materiale nabierają kwantowo-mechanicznej fazy która to faza jest fazą Berry'ego. Wprowadzona faza (powstała w skutek oddziaływania spin-orbita) posłużyła do wyjaśnienia zjawiska Anomalnego Halla.

Teoria podająca powstawanie fazy Berry'ego jako źródła AHE wygląda na spójną dla szeregu materiałów, także tych w których AHE było tłumaczone przez wcześniejsze teorie. Używając tego modelu uzyskano kwantowy efekt Halla dla materiałów niemetalicznych i anomalny efekt Halla dla metali ferromagnetycznych w jednej spójnej teorii [9],[10].

[1]Smith, Sears, Phys.Rev. 34(1929)1466; [2]E.M. Pugh, Phys.Rev. 36 (1930)1503; [3]L. Chien and C.R. Westgate, The Hall Effect and Its Applications, Plenum, New York 1980; [4]R. Karplus and J.M. Luttinger, Phys.Rev. 95(1954)1154; [5]J. Smith, Physica 21(1955)877; [6]J. Smith, Physica 24[1958]39; [7]L. Berger, Phys.Rev. B 2(1970)4559; [8]M. Dima, JETP Letters 72(2000)541; [9]N.P. Ong and Wei-Li Lee,FOUNDATIONS OF QUANTUM MECHANICS IN THE LIGHT OF NEW TECHNOLOGY ISQM - Tokyo '05 Proceedings of the 8th International Symposium (2005)121; [10]T. Jungwirth and J. Sinova and J. Masek and J. Kucera and A.H. MacDonald, Rev. Mod. Phys.78(2006)809.