Введение в аномальный эффект Холла
В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что плоский проводник с током, помещённый в магнитное поле, развивает 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 получил название аномального эффекта Холла (АЭХ).
Новые интерпретации аномального эффекта Холла
Недавно проведённые эксперименты выявили поведение, которое не может быть объяснено текущими теориями АЭХ. Чжэн Лю из Университета науки и технологий Китая и его коллеги предложили новую интерпретацию АЭХ, основанную на новом типе нарушения симметрии, вызванного спин-орбитальным взаимодействием (СОВ) — связью спина электрона с его орбитальным движением.
Традиционное понимание аномального эффекта Холла
Традиционное понимание АЭХ сосредоточено на нарушении симметрии относительно обращения времени, вызванного намагничиванием. Когда спины выровнены, обращение времени меняет направление напряжения Холла. Следовательно, холловское сопротивление естественно выражается 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 холловское сопротивление часто демонстрирует сложное нелинейное поведение.
Гиперрасстройство в природе
Многие плотно упакованные системы 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. Подсчитайте количество галактик во всё более крупных участках неба, и вариация будет расти медленнее, чем если бы галактики были распределены случайным образом.
Системы, где вариация увеличивается на больших масштабах, являются гиперрасстроенными. Это явление проявляется в мягких веществах и ограниченных жидкостях. Теперь Роберт Росс и его коллеги из Окинавского института науки и технологий, Япония, сообщили о первом примере гиперрасстройства в биологической системе — коже детёныша кальмара.
Исследование гиперрасстройства в коже кальмара
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 жилки на листьях, рост, по-видимому, не играет роли в возникновении гиперуниформности в этих системах.
Чтобы исследовать, как рост формирует поведение плотных неупорядоченных систем, исследователям нужна была плотная живая система, в которой они могли бы отслеживать отдельные компоненты.
Особенности гиперрасстройства в коже кальмара
Овальные кальмары, кожа которых усеяна пигментными клетками, называемыми хроматофорами, которые выглядят как россыпь веснушек, стали идеальным кандидатом для исследования.
Исследователи сфотографировали кальмаров в возрасте восьми недель после вылупления и проанализировали паттерны хроматофоров на их коже. Более крупные клетки были окружены множеством мелких клеток в решётчатом узоре с примерно постоянным расстоянием между всеми клетками.
Для понимания происхождения этого гиперрасстройства исследователи разработали модель, которая представляла кожу кальмара как линейно растущую поверхность, где новые хроматофоры случайным образом появлялись между более старыми — но только если было достаточно места.
Согласно исследованию, взаимодействие между ростом и случайной упаковкой клеток создаёт гиперрасстройство в этой системе.
Аморфный лёд частично кристаллический
Когда вода быстро замерзает 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 LDA-льда не является истинным стеклом, а вместо этого частично кристаллическая.
Открытие, полученное на основе численного моделирования и лабораторных экспериментов, подчёркивает необходимость осторожности при идентификации стекловидных материалов и поднимает вопросы о наших теориях об основной природе жидкой воды.