양자 홀 효과는 무엇인가?

양자 홀 효과는 극도로 낮은 온도에서 자기장 내에서 전자의 거동을 설명하는 물리학에서 잘 받아 들여지는 이론입니다. 이 효과의 관찰은 양자 역학의 이론을 전체적으로 분명히 입증합니다. 결과는 매우 정밀하여 전기 저항 측정 표준이 양자 홀 효과를 사용하므로 초전도체에 대한 작업을 뒷받침합니다.

1879 년 에드윈 홀 (Edwin Hall)에 의해 발견 된 홀 효과는 전류가 자기장에 배치 된 도체를 통과 할 때 관찰된다. 일반적으로 전자이지만 양성자 일 수있는 전하 운반체는 자기장의 영향으로 인해 도체 측면으로 흩어집니다. 이 현상은 고속도로를 내려가는 동안 강한 바람 때문에 옆으로 밀린 일련의 자동차로 시각화 될 수 있습니다. 차는 앞쪽으로 운전하려고 시도하지만 옆으로 강제로 움직입니다.

도체 측면 사이의 전위차가 발생합니다. 전압 차이는 매우 작으며 도체 구성의 함수입니다. 홀 효과를 기반으로 유용한 악기를 만들려면 신호 증폭이 필요합니다. 이러한 전위 불균형은 자기장을 측정하는 홀 프로브의 기본 원리입니다.

반도체의 인기로 물리학 자들은 호일의 홀 효과를 너무 얇게 조사하는 데 관심을 갖게되었으며, 전하 운반체는 본질적으로 2 차원 운동으로 제한되었습니다. 그들은 강한 자기장과 낮은 온도에서 전도성 포일에 전류를 공급했습니다. 굽은 연속 경로에서 전자가 옆으로 당겨지는 것을 보지 않고 전자가 갑자기 점프했습니다. 자기장 강도가 변경됨에 따라 특정 에너지 수준에서 유동 저항의 급격한 피크가 발생했습니다. 피크 사이에서, 저항은 저온 초전도체의 특성 인 0에 가까운 값으로 떨어졌다.

물리학 자들은 저항의 스파이크를 유발하는 데 필요한 에너지 수준이 도체 구성의 기능이 아니라는 것을 깨달았습니다. 저항 피크는 서로 정수 배로 발생했다. 이러한 피크는 예측 가능하고 일관되어 양자 홀 효과를 기반으로 한 계측기를 사용하여 저항 표준을 만들 수 있습니다. 이러한 표준은 전자 제품을 테스트하고 안정적인 성능을 보장하는 데 필수적입니다.

원자 구조의 양자 이론은 아 원자 수준의 개별 패킷 전체에서 에너지를 이용할 수 있다는 개념으로 1975 년 초 양자 홀 효과를 예측 한 바있다. 1980 년 클라우스 폰 클리 칭은 노벨 물리학상을 수상했다. 양자 홀 효과가 실제로 이산 적이라는 사실을 발견했습니다. 즉, 전자는 예리하게 정의 된 수준의 에너지에서만 존재할 수 있습니다. 양자 홀 효과는 물질의 양자 특성을 뒷받침하는 또 다른 논거가되었습니다.