Jaký je efekt Quantum Hall?

Kvantový efekt Hall je dobře přijímaná teorie ve fyzice popisující chování elektronů v magnetickém poli při extrémně nízkých teplotách. Pozorování účinku jasně zdůvodňuje teorii kvantové mechaniky jako celku. Výsledky jsou tak přesné, že standard pro měření elektrického odporu používá efekt kvantové haly, který také podporuje práci prováděnou na supravodičích. Nosiče náboje, které jsou obvykle elektrony, ale mohou být protony, rozptylují se na stranu vodiče kvůli vlivu magnetického pole. Tento jev lze vizualizovat jako řada automobilů tlačená do strany kvůli silnému větru, zatímco jde po dálnici. Auta se při pokusech o projednání vpřed vydávají zakřivenou cestou, ale jsou nuceny do strany.

Rozvíjí se potenciální rozdíl mezi stranami vodiče.Rozdíl napětí je poměrně malý a je funkcí složení vodiče. Amplifikace signálu je nezbytné k vytvoření užitečných nástrojů na základě efektu haly. Tato nerovnováha v elektrickém potenciálu je principem sondy Hall, která měří magnetická pole.

S popularitou polovodičů se fyziky začali zajímat o zkoumání účinku Hall v tak tenkých fóliech, nosiče náboje byli v podstatě omezeni na pohyb ve dvou rozměrech. Použili proud na vodivé fólie pod silnými magnetickými poli a nízkými teplotami. Místo toho, aby elektrony vytáhly bok do zakřivených kontinuálních cest, elektrony provedly náhlé skoky. V rezistenci na tok byly ostré píky při specifické hladině energie, protože se změnila síla magnetického pole. Mezi vrcholy, odpor klesl na hodnotu blízko nuly, což je charakteristika nízkoteplotních sUPERConductors.

Fyzici si také uvědomili, že úroveň energie nezbytná k tomu, aby způsobila nárůst odporu, nebyla funkcí složení vodiče. Vrcholy odporu se vyskytly při navzájem násobky celého čísla. Tyto vrcholy jsou tak předvídatelné a konzistentní, že nástroje založené na efektu kvantové haly lze použít k vytvoření standardů odporu. Takové standardy jsou nezbytné pro testování elektroniky a zajištění spolehlivého výkonu.

Kvantová teorie atomové struktury, což je koncept, že energie je k dispozici v diskrétních, celé pakety na subatomické úrovni, předpovídala kvantový hala efekt již v roce 1975. V roce 1980 byl Klaus von Klitzing obdržel Nobelovu cenu v fyzice pro jeho objev pro jeho objev, že efekt kvantu byl přesně diskrétní, což je v tom, že elektrony mohly existovat pouze v hladině energie. Efekt Quantum Hall se stal dalším argumentem na podporu kvantové povahy hmoty.