Magnetoweerstand: waarom moeilijk als het makkelijk kan?

Sinds de ontdekking van grafeen in 2005 zijn er veel nieuwe materialen met bijzondere eigenschappen ontdekt, zoals topologische isolatoren en Weyl- en Dirac-halfmetalen. Deze hebben bijvoorbeeld een lineaire dispersierelatie, waarbij elektronen in een vaste stof zich gedragen als fotonen (lichtdeeltjes). Zulke elektronische eigenschappen kunnen potentieel veelbelovende toepassingen bieden in bijvoorbeeld computerchips, beeldschermen en andere elektronica.

Het meten van de elektrische weerstand van een materiaal in een magneetveld (de magnetoweerstand) is een belangrijke eerste stap in fundamenteel materiaalonderzoek. Bij sommige materialen blijkt de weerstand lineair met het magneetveld te stijgen; zo’n lineaire magnetoweerstand (LMR) geeft belangrijke informatie over de elektronische eigenschappen.

‘Eenvoudige’ verklaring voor lineaire magnetoweerstand GaAs

Onderzoekers van het HFML – een samenwerkingsverband van de Radboud Universiteit en stichting FOM – en ETH Zürich hebben nu de weerstand van ultra zuiver GaAs (galliumarsenide) gemeten, en vinden een LMR die zich door een redelijk eenvoudig natuurkundig model laat verklaren.

GaAs is een extreem goed begrepen materiaal en dus laat deze ontdekking zien dat exotische verklaringen voor spectaculaire verschijnselen niet altijd nodig zijn, de simpelste oplossing is vaak de beste. LMR kan nu als generiek fenomeen begrepen worden. De oorzaak is een moeilijk te vermijden plaatselijke variatie van de elektronendichtheid in een vaste stof. Dat leidt tot een bijdrage van een lineaire Hall-weerstand – veroorzaakt door de Lorentz-kracht van een magnetisch veld op een bewegend elektron – op de gemeten magnetoweerstand.

Linear magnetoresistance in a quasi-free two-dimensional electron gas in an ultrahigh mobility GaAs quantum well, T. Khouri, U. Zeitler, C. Reichl, W. Wegscheider, N. E. Hussey, S. Wiedmann, en J. C. Maan, Physical Review Letters, Editor’s Suggestion