Введение в аномальный эффект Холла (АЭХ)
В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что плоский проводник с током, помещённый в магнитное поле, создаёт поперечное напряжение из-за отклонения носителей заряда. Два года спустя он обнаружил, что тот же эффект возникает в ферромагнетиках даже без приложенного магнитного поля. Этот эффект, получивший название аномального эффекта Холла (АЭХ), наряду с обычным эффектом Холла, не только катализировал развитие физики полупроводников и твердотельной электроники, но и заложил основу для революционного сближения топологии и физики конденсированных сред столетие спустя после открытий Холла.
Недавние эксперименты
Недавние эксперименты выявили поведение, которое не может быть объяснено текущими теориями АЭХ. Теперь Чжэн Лю из Китайского университета науки и технологий и его коллеги предложили новую интерпретацию АЭХ, основанную на новом типе сценария нарушения симметрии, запускаемого спин-орбитальной связью (СОС) — то есть связью спина электрона с его орбитальным движением.
Традиционное понимание АЭХ
Традиционное понимание АЭХ сосредоточено на нарушении симметрии обращения времени, вызванном намагничиванием. Когда спины выровнены, обращение времени меняет направление напряжения Холла. Следовательно, холловская удельная проводимость естественным образом выражалась через линейную зависимость от намагниченности, в которой холловский ток отклоняется в плоскости, перпендикулярной направлению намагниченности.
Однако недавние исследования АЭХ показали, что эта традиционная картина недостаточна. Например, АЭХ может сохраняться, даже когда плоскость отклонения Холла параллельна намагниченности, а холловская удельная проводимость часто демонстрирует сложное нелинейное поведение.
Новый взгляд на АЭХ
Вместо того чтобы рассматривать АЭХ исключительно как следствие нарушения симметрии обращения времени за счёт намагничивания, Лю и его коллеги интерпретировали его как явление, управляемое нарушением симметрии из-за эффектов СОС.
Скрытый порядок в системах с плотной упаковкой: гиперрасстройство у кальмаров
Многие системы с плотной упаковкой в природе имеют скрытую структуру. Их составляющие компоненты кажутся хаотично расположенными на малых масштабах, но при увеличении масштаба эти паттерны становятся более однородными. Это явление известно как гиперуниформность.
Например, Вселенная становится однородной на больших масштабах. Подсчёт количества галактик во всё более крупных участках неба показывает, что вариация растёт медленнее, чем если бы галактики были распределены случайным образом.
Роберт Росс и его коллеги из Института науки и технологий Окинавы, Япония, сообщили о первом примере гиперрасстройства в биологической системе — коже детёныша кальмара.
Исследование гиперрасстройства у кальмаров
Учёные, изучающие плотно упакованные системы, в основном сосредоточились на неживой материи, такой как коллоиды, кристаллы и стёкла. Но биологические системы существенно отличаются: они могут расти.
Хотя исследователи наблюдали гиперуниформность в некоторых биологических примерах, таких как конусы в птичьих сетчатках и вены в листьях, рост, по-видимому, не играет роли в возникновении гиперуниформности в этих системах.
Чтобы исследовать, как рост формирует поведение плотных неупорядоченных систем, исследователям понадобилась многолюдная живая система, в которой они могли бы отслеживать отдельные компоненты.
Результаты исследования
Исследователи сфотографировали кальмаров в возрасте восьми недель после вылупления и проанализировали паттерны хроматофор на их коже. Более крупные клетки были окружены множеством более мелких клеток в виде решётки с примерно постоянным расстоянием между всеми клетками.
Различные участки кожи имели разное количество клеток, и эти различия становились более выраженными для больших участков кожи. Эта тенденция типична для гиперрасстроенной системы.
Аморфный лёд частично кристаллический
Когда вода замерзает быстро, при температуре значительно ниже 0 °C, получается неупорядоченное стекловидное твёрдое вещество, называемое льдом низкой плотности аморфным (LDA).
Майкл Дэвис из Университетского колледжа Лондона и Кембриджского университета, Великобритания, и его коллеги теперь показывают, что структура не является истинным стеклом, а вместо этого частично кристаллическая.
Открытие, полученное в результате численного моделирования и лабораторных экспериментов, подчёркивает необходимость осторожности при идентификации стекловидных материалов и поднимает вопросы о наших теориях об основной природе жидкой воды.