Ohmsches Gesetz wackelt: Neuer Halleffekt ohne Magnetfeld entdeckt

Forscher beobachten ein komplett unerwartetes Verhalten von Elektronen in Platin-Nanopartikeln bei Raumtemperatur. Die Entdeckung könnte Anwendung in Quantenkommunikation und Energiegewinnung finden und stellt das ohmsche Gesetz infrage.

Physik-Sensation: Halleffekt ohne Magnetfeld entdeckt

Der Halleffekt, 1879 von Edwin Hall entdeckt, zeigt sich in Leitern und Halbleitern unter Einfluss eines Magnetfelds. Kernmerkmal ist die Entstehung einer messbaren Spannung, der sogenannten Hall-Spannung. Diese steht im rechten Winkel zum Stromfluss und weist eine direkte Proportionalität zur Stromstärke auf. Von der Theorie in die Praxis fand der Effekt seinen Weg unter anderem in die Mobilfunktechnologie: Moderne Smartphones, beginnend mit dem iPhone 3GS, nutzen Hallsensoren für präzise Kompassfunktionen, indem sie die Spannungsänderungen zur Lagebestimmung des Geräts auswerten.

Ein Team von Wissenschaftlern der Penn State University und des MIT haben jetzt einen neuartigen Halleffekt entdeckt, der ohne Magnetfeld auftritt. Dieser sogenannte 'nicht reziproke Halleffekt' wurde in Mikrostrukturen aus texturierten Platin-Nanopartikeln auf Silizium beobachtet. Im Gegensatz zum konventionellen Halleffekt ist die Hall-Spannung hier proportional zum Quadrat des angelegten Stroms - eine Verdopplung des Stroms führt also zu einer Vervierfachung der Hall-Spannung.


Der Effekt entsteht laut der Beschreibung in Nature durch die Wechselwirkung fließender Leitungselektronen mit den texturierten Platin-Nanopartikeln, was zu einer asymmetrischen Streuung führt. Diese asymmetrische Streuung bedeutet, dass die Elektronen nicht gleichmäßig in alle Richtungen abgelenkt werden, sondern bevorzugt in bestimmte Richtungen. Die unregelmäßige Oberfläche der Platin-Nanopartikel verursacht diese Ungleichmäßigkeit, wodurch die Elektronen auf komplexe Weise abgelenkt werden und so den ungewöhnlichen Halleffekt ohne externes Magnetfeld erzeugen.

Ohm infrage

Die Entdeckung stellt laut Zhiqiang Mao, Professor an der Penn State University, das ohmsche Gesetz infrage, das besagt, dass der Strom durch einen Leiter proportional zur angelegten Spannung ist. Nach diesem Gesetz sollte die Hall-Spannung bei Abwesenheit eines Magnetfelds null sein. Mao sagte jedoch, dass eine nicht reziproke Hall-Spannung, die bei texturierten Platin-Nanopartikeln bei null Magnetfeld quadratisch mit dem Strom skaliert, diesem Prinzip widerspricht. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Grundlagenforschung und technologische Anwendungen.

Potenzielle Anwendungsgebiete umfassen laut dem Team Quantenkommunikation, Energiegewinnung aus Radiofrequenzen, Quantengleichrichtung und Fotodetektion. Die Forscher betonen, dass diese Entdeckung unser Verständnis des Ladungstransports in Materialien vertieft und neue Einblicke in bisher unbekannte Phänomene ermöglicht.


Siehe auch: