Quel est l'effet Hall Quantum?
L'effet Hall quantique est une théorie bien acceptée en physique décrivant le comportement des électrons dans un champ magnétique à des températures extrêmement basses. Les observations de l'effet corroborent clairement la théorie de la mécanique quantique dans son ensemble. Les résultats sont si précis que la norme de mesure de la résistance électrique utilise l'effet Hall quantique, qui sous-tend également les travaux sur les supraconducteurs.
L’effet Hall, découvert par Edwin Hall en 1879, s’observe lorsqu’un courant électrique passe à travers un conducteur placé dans un champ magnétique. Les porteurs de charge, qui sont généralement des électrons mais peuvent être des protons, se dispersent sur le côté du conducteur en raison de l'influence du champ magnétique. Le phénomène peut être visualisé comme une série de voitures poussées sur le côté en raison d'un vent fort lors du passage sur une autoroute. Les voitures suivent un chemin incurvé alors qu’elles tentent de progresser mais sont forcées sur le côté.
Une différence de potentiel entre les côtés du conducteur se développe. La différence de tension est assez faible et dépend de la composition du conducteur. L'amplification du signal est nécessaire pour fabriquer des instruments utiles basés sur l'effet Hall. Ce déséquilibre de potentiel électrique est le principe qui sous-tend une sonde de Hall qui mesure les champs magnétiques.
Avec la popularité des semi-conducteurs, les physiciens ont commencé à s'intéresser à l’effet Hall très fin des feuilles, ce qui a permis aux porteurs de charges de se limiter au mouvement en deux dimensions. Ils ont appliqué du courant sur des feuilles conductrices sous des champs magnétiques puissants et à basses températures. Au lieu de voir les électrons tirés latéralement dans des trajectoires continues courbes, ils ont fait des sauts soudains. La résistance à l’écoulement à des niveaux d’énergie spécifiques a été très forte lorsque l’intensité du champ magnétique a été modifiée. Entre les pics, la résistance a chuté à une valeur proche de zéro, caractéristique des supraconducteurs à basse température.
Les physiciens ont également compris que le niveau d'énergie nécessaire pour provoquer une pointe de résistance n'était pas fonction de la composition du chef d'orchestre. Les pics de résistance sont apparus à des multiples entiers les uns des autres. Ces pics sont tellement prévisibles et cohérents que des instruments basés sur l'effet Hall quantique peuvent être utilisés pour créer des standards de résistance. Ces normes sont essentielles pour tester les composants électroniques et garantir des performances fiables.
La théorie quantique de la structure atomique, selon laquelle l’énergie est disponible sous forme de paquets entiers discrets au niveau subatomique, avait prédit l’effet Hall quantique dès 1975. En 1980, Klaus von Klitzing a reçu le prix Nobel de physique pour son découverte que l'effet Hall quantique était en effet exactement discret, ce qui signifie que les électrons ne pourraient exister que dans des niveaux d'énergie nettement définis. L'effet Hall quantique est devenu un autre argument à l'appui de la nature quantique de la matière.