L'effet Hall
Nous avons vu l'effet Hall classique, le plus communément utilisé, bien linéaire avec le champ magnétique.
Sauf que l'on a observé des anomalies, en particulier quand le matériau présente lui-même des propriétés magnétiques.
Dans l'effet Hall classique, ordinaire, l'élément important est la charge des porteurs qui, en se déplaçant dans le champ magnétique, est soumise à la partie magnétique de la force de Lorentz et est déviée.
En ce qui concerne les trous, ce ne sont pas des particules, c'est un moyen commode de se représenter une lacune d'électron (et les trous n'ont évidemment rien à voir avec les positrons).
Effet Hall anormal (ou extraordinaire)
Anomalous Hall Effect AHE
La situation devient complexe dans les cas où le matériau conducteur présente lui-même des propriétés magnétiques diverses et variées, voire des défauts cristallins. Je vais tenter de récapituler, sans aller dans les détails, mais au moins vous saurez que ça existe. Et de toutes manières, ça me dépasse largement.
Dans un conducteur ferromagnétique métallique, on observe, dès 1881, une tension additionnelle par rapport à l'effet Hall classique, non dépendante de l'aimantation extérieure ─l'aimantation spontanée du matériau est donc impliquée.
Cette contribution additionnelle est plutôt forte par rapport à l'effet Hall classique.
Il semblerait que cet effet anormal soit délicat à expliquer, vues les diverses explications proposées. Le concept des phases de Berry et un couplage spin-orbite lié aux défauts du réseau cristallin propose une explication qui est devenue la plus en vogue, allez voir les pages relatives à l'effet Hall de spin pour plus de détails (ou encore plus vous embrouiller l'esprit, c'est selon).
- [2009] Anomalous Hall effect / Naoto Nagaosa et al.
Une revue des études expérimentales et théoriques. - Anomalous Hall effect (AHE)
La page du Dr. Vadym Zayets, pas forcément très claire, mais illustrée.
Effet Hall topologique
L'effet Hall topologique serait une contribution supplémentaire dépendant uniquement de la topologie de la texture de l’aimantation. Il fait donc partie de l'effet Hall anormal.
On considère que l'effet Hall topologique est la signature des skyrmions, de la manière dont la magnétisation se tord autour. En mathématique, ces torsions sont appelées caractéristiques « topologiques », c'est pourquoi le phénomène physique est appelé « effet Hall topologique ».
Un skyrmion est une sorte de vortex de spins, une topologie spéciale où les spins présentent une organisation particulière, des sortes de bulles magnétiques.
Beyond skyrmions: Review and perspectives of alternative magnetic quasiparticles
Les skyrmions présentent une protection "topologique" comme un ruban de Moëbius qu'on ne peut pas remettre "à plat", il existe une barrière d'énergie assez importante, et on peut les déplacer assez facilement avec un courant. Comme les bulles magnétiques de dans le temps. Mais ils bougent un peu trop facilement, une sorte de mouvement brownien, il faut refroidir pour les stabiliser.
à différentes températures montrant trois composantes :
(i) l’effet Hall normal (ex. à 130 K),
(ii) l’effet Hall anormal (<100 K) lié à l’aimantation perpendiculaire du film,
et l’effet Hall topologique (<80 K) lié aux bulles magnétiques observées en microscopie à force magnétique.
Il existe tout un bestiaire d'effets dans ces cristaux de skyrmions, et la quantification vient mettre son grain de sel...
Mais la mécanique quantique est venue s'en mêler, avec spin et niveaux discrets. Et là, c'est le drame, il faut s'accrocher pour simplement avoir une idée de ce qui se passe...