Hva Er Quantum Hall Effect?

December 9  by Eliza

Kvante Hall-effekten er en godt akseptert teori i fysikk som beskriver oppførselen av elektroner i et magnetisk felt ved ekstremt lave temperaturer. Observasjoner av effekten tydelig underbygge teorien om kvantemekanikk som helhet. Resultatene er så presise at standarden for måling av elektrisk motstand bruker kvante Hall effekt, som også underbygger det arbeidet som gjøres på superledere.

Hall-effekten som ble oppdaget av Edwin Hall i 1879, observeres når en strøm av strøm passerer gjennom en ledning som er lagt inn i et magnetisk felt. Ladningsbærere, som vanligvis er elektroner, men kan være protoner, scatter til siden av elektroden på grunn av innflytelsen av det magnetiske felt. Fenomenet kan visualiseres som en serie av biler skjøvet sideveis på grunn av sterk vind samtidig gå ned en motorvei. Bilene ta en buet bane som de forsøker å kjøre fremover, men er tvunget sidelengs.

En potensialforskjell mellom sidene av elektroden utvikler seg. Spenningsdifferansen er ganske små og er en funksjon av sammensetningen av lederen. Forsterkning av signalet er nødvendig for å gjøre nyttige instrumenter basert på Hall-effekten. Denne ubalansen i elektrisk potensial er prinsippet bak en Hall sonde som måler magnetfelt.

Med populariteten til halvledere, fysikere ble interessert i å undersøke den Hall effekt i folier så tynne, ble ladningsbærere i hovedsak begrenset til bevegelse i to dimensjoner. De tilførte strøm til ledende folier i henhold til sterke magnetiske felter og lave temperaturer. Stedet for å se elektroner trekkes sidelengs i buede kontinuerlige stier, elektronene gjort plutselige hopp. Det var skarpe topper i strømningsmotstanden ved bestemte energinivåer som den magnetiske feltstyrken ble endret. I mellom toppene, motstanden falt til en verdi nær null, en karakteristikk av lav-temperatur superledere.

Fysikere også innsett at energien som er nødvendig for å forårsake en økning i motstanden var ikke en funksjon av conductorâ € ™ s sammensetning. Motstands topper oppsto ved hel-tall multipler av hverandre. Disse toppene er så forutsigbart og konsekvent at instrumenter basert på kvante Hall-effekt kan brukes til å lage standarder for motstand. Slike standarder er viktig å teste elektronikk og sikre pålitelig ytelse.

Kvanteteorien av atom-strukturen, som er konseptet at energi er tilgjengelig i diskrete, hele pakker på subatomære nivå, hadde spådd kvante Hall effekt så tidlig som 1975. I 1980, Klaus von Klitzing mottok Nobelprisen i fysikk for sin oppdagelse at kvante Hall-effekten var faktisk helt atskilt, slik at elektronene kan eksistere bare i skarpt definerte nivåer av energi. Kvante Hall effekt har blitt en annen argument til støtte for quantum natur av materie.

  • I 1980, Klaus von Klitzing mottok Nobelprisen i fysikk for sin oppdagelse som kvante Hall-effekten var akkurat diskret, noe som betyr at elektronene kan eksistere bare i skarpt definerte nivåer av energi.