Physik: Hall-Effekt mit Phononen
Einen Hall-Effekt der besonderen Art haben drei Physiker am Hochfeld-Magnetlabor GHMFL im französischen Grenoble aufgespürt. Statt der beim klassischen Hall-Effekt üblichen Verschiebung von Ladungsträgern in einem senkrecht zur Stromrichtung anliegendem Magnetfeld, experimentierten die Forscher mit so genannten Phononen. Das sind "Schallquanten" oder Elementaranregungen von Gitterschwingungen in einem Festkörper.
Nach den Überlegungen der Wissenschaftler sollten die Phononen ähnlich wie Elementarladungen an ein Magnetfeld ankoppeln können und sich dadurch verschieben lassen. Dies sollte zu einem Temperaturunterschied an den Rändern einer Probe führen. Und genau das haben die drei Experimentatoren nun nachweisen können.
Dazu ließen sie Wärme durch einen Kristall aus Terbium, Gallium und dem Halbedelstein Granat fließen. Gleichzeitig legten sie ein starkes Magnetfeld senkrecht zum Wärmefluss an. In dieser Konfiguration maßen die Forscher an der Seite, die zu den Richtungen des Wärmeflusses und des Magnetfeldes senkrecht stand, eine Temperaturdifferenz von bis zu 200 Millionstel Kelvin. Dieser Temperaturunterschied verschwindet dagegen, wenn das Magnetfeld parallel zum Wärmefluss liegt.
Den Forschern gelang damit nach eigenen Angaben erstmalig der experimentelle Beweis einer derartigen Koppelung von Phononen an ein Magnetfeld. Einem der Teammitglieder, Geert Rikken, der mittlerweile am Laboratoire National des Champs Magnétiques Pulsés in Toulouse arbeitet, hat im Jahr 1996 bereits den Hall-Effekt an Lichtteilchen – Photonen also – nachweisen können. Im Gegensatz zum klassischen Hall-Effekt, mit dem längst Sensoren zur Winkel-, Positions-, Geschwindigkeits- und Strommessung arbeiten, gibt es für den Photonen- oder den Phononen-Hall-Effekt aber noch keine technischen Anwendungen.
Nach den Überlegungen der Wissenschaftler sollten die Phononen ähnlich wie Elementarladungen an ein Magnetfeld ankoppeln können und sich dadurch verschieben lassen. Dies sollte zu einem Temperaturunterschied an den Rändern einer Probe führen. Und genau das haben die drei Experimentatoren nun nachweisen können.
Dazu ließen sie Wärme durch einen Kristall aus Terbium, Gallium und dem Halbedelstein Granat fließen. Gleichzeitig legten sie ein starkes Magnetfeld senkrecht zum Wärmefluss an. In dieser Konfiguration maßen die Forscher an der Seite, die zu den Richtungen des Wärmeflusses und des Magnetfeldes senkrecht stand, eine Temperaturdifferenz von bis zu 200 Millionstel Kelvin. Dieser Temperaturunterschied verschwindet dagegen, wenn das Magnetfeld parallel zum Wärmefluss liegt.
Den Forschern gelang damit nach eigenen Angaben erstmalig der experimentelle Beweis einer derartigen Koppelung von Phononen an ein Magnetfeld. Einem der Teammitglieder, Geert Rikken, der mittlerweile am Laboratoire National des Champs Magnétiques Pulsés in Toulouse arbeitet, hat im Jahr 1996 bereits den Hall-Effekt an Lichtteilchen – Photonen also – nachweisen können. Im Gegensatz zum klassischen Hall-Effekt, mit dem längst Sensoren zur Winkel-, Positions-, Geschwindigkeits- und Strommessung arbeiten, gibt es für den Photonen- oder den Phononen-Hall-Effekt aber noch keine technischen Anwendungen.
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