Jaki jest efekt hali kwantowej?

Efekt hali kwantowej jest dobrze przyjętą teorią fizyki opisującą zachowanie elektronów w polu magnetycznym w bardzo niskich temperaturach. Obserwacje efektu wyraźnie potwierdzają teorię mechaniki kwantowej jako całości. Wyniki są tak precyzyjne, że standard pomiaru oporu elektrycznego wykorzystuje efekt kwantowej Halla, który również stanowi podstawę pracy wykonanej na nadprzewodnikach.

Efekt Halla, odkryty przez Edwina Hall w 1879 r., Obserwuje się, gdy prąd elektryczności przechodzi przez przewód umieszczony w polu magnetycznym. Nośniki ładowania, które zwykle są elektronami, ale mogą być protonami, rozpraszają się z boku przewodnika ze względu na wpływ pola magnetycznego. Zjawisko to można wizualizować jako serię samochodów wypychanych na boki z powodu silnego wiatru podczas schodzenia drogą. Samochody obowiązywają zakrzywioną ścieżkę, gdy próbują jechać do przodu, ale są wymuszone na boki.

Rozwija się potencjalna różnica między bokami przewodu.Różnica napięcia jest dość niewielka i jest funkcją składu przewodu. Wzmocnienie sygnału jest niezbędne do stworzenia przydatnych instrumentów na podstawie efektu Halla. Ta nierównowaga potencjału elektrycznego jest zasadą sondy Hall, która mierzy pola magnetyczne.

Przy popularności półprzewodników fizycy zainteresowały się badaniem efektu Halla w tak cienkich folii, nosiciele ładunku byli zasadniczo ograniczeni do ruchu w dwóch wymiarach. Zastosowały prąd do folii przewodzących pod silnymi pola magnetycznym i niskie temperatury. Zamiast widzieć elektrony ciągnięte na bok na zakrzywionych ciągłych ścieżkach, elektrony nagle skakały. Były ostre piki odporności na przepływ przy poziomach energii właściwej w miarę zmiany siły pola magnetycznego. Pomiędzy pikami opór spadł do wartości blisko zera, co jest charakterystyką niskiej temperatury Superductors.

Fizycy zdali sobie również sprawę, że poziom energii niezbędny do spowodowania skoków oporu nie był funkcją składu przewodu. Piki oporowe wystąpiły w wielokrotnościach całościowych. Piki te są tak przewidywalne i spójne, że instrumenty oparte na efekcie hali kwantowej można wykorzystać do stworzenia standardów oporu. Takie standardy są niezbędne do testowania elektroniki i zapewnienia niezawodnej wydajności.

Teoria kwantowa struktury atomowej, która jest koncepcją, że energia jest dostępna w dyskretnych, całości na poziomie subatomowym, przewidziała efekt hali kwantowej już w 1975 r. W 1980 r. Klaus von Klitzing otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie, że odkrycie kwantowe było dokładnie dyskretne. Efekt hali kwantowej stał się kolejnym argumentem na poparcie kwantowej natury materii.