Открытый в 80-е годы прошлого века квантовый аномальный эффект Холла допускает транспорт электрических зарядов вдоль граней или поверхностей раздела без диссипации энергии. Однако, это происходит при экстремально низких температурах и под воздействием магнитного поля высокой интенсивности, из-за чего практического применения данное явление не получило.

Исследователи из Хиросимского университета, научного центра квантовых пучков Японского агентства атомной энергии, CAS-Shanghai и Шанхайского технического университета надеются преодолеть эти ограничения благодаря новым материалам – топологическим изоляторам (ТИ) с ферромагнитными свойствами.

Объектом их изучения стал теллурид сурьмы и висмута (Sb, Bi)2Te3 легированный хромом. Пленка из этого материала, охлажденная до сверхнизких температур, спонтанно генерирует поверхностный электрический ток даже при отсутствии внешнего магнитного поля.

В статье для журнала Nature Communications японские и китайские ученые постарались прояснить малопонятный до сих пор микроскопический механизм приобретения данным ТИ ферромагнитных свойств. Разумеется, их источником является легирующая добавка. Атомы хрома можно считать миниатюрными постоянными магнитами, если их векторы намагниченности параллельны, материал становится ферромагнитным. Однако, при тех концентрациях хрома, которые используются в этом ТИ, расстояние между соседними атомами хрома слишком велико, чтобы взаимодействие между ними поддерживало дальний магнитный порядок (делало материал ферромагнетиком).

Группа из Хиросимы установила, что немагнитные атомы сурьмы и теллура действуют как посредники между атомами хрома, помогая удерживать ориентацию их спинов в одном направлении. Полученные результаты, кроме того, дают учёным основания рассчитывать добиться повышения критической температуры топологической сверхпроводимости, что сделало бы этот материал привлекательным для практических приложений спинтроники.