Qual é o efeito Hall quântico?
O efeito Hall quântico é uma teoria bem aceita na física que descreve o comportamento dos elétrons dentro de um campo magnético a temperaturas extremamente baixas. As observações do efeito substanciam claramente a teoria da mecânica quântica como um todo. Os resultados são tão precisos que o padrão para a medição da resistência elétrica usa o efeito Hall quântico, que também sustenta o trabalho realizado em supercondutores.
O efeito Hall, descoberto por Edwin Hall em 1879, é observado quando uma corrente de eletricidade passa através de um condutor colocado em um campo magnético. Portadores de carga, que geralmente são elétrons, mas podem ser prótons, espalham-se para o lado do condutor devido à influência do campo magnético. O fenômeno pode ser visualizado como uma série de carros empurrados para os lados devido a um forte vento ao descer uma estrada. Os carros seguem um caminho curvo enquanto tentam avançar, mas são forçados de lado.
Uma diferença de potencial entre os lados do condutor se desenvolve. A diferença de tensão é bastante pequena e é uma função da composição do condutor. A amplificação do sinal é necessária para criar instrumentos úteis com base no efeito Hall. Esse desequilíbrio no potencial elétrico é o princípio por trás de uma sonda Hall que mede os campos magnéticos.
Com a popularidade dos semicondutores, os físicos se interessaram em examinar o efeito Hall em chapas tão finas que os portadores de carga estavam essencialmente restritos ao movimento em duas dimensões. Eles aplicaram corrente a folhas condutoras sob fortes campos magnéticos e baixas temperaturas. Em vez de ver elétrons puxados de lado em caminhos contínuos curvos, os elétrons deram saltos repentinos. Houve picos acentuados na resistência ao fluxo em níveis de energia específicos à medida que a força do campo magnético foi alterada. Entre os picos, a resistência caiu para um valor próximo de zero, uma característica dos supercondutores de baixa temperatura.
Os físicos também perceberam que o nível de energia necessário para causar um aumento na resistência não era uma função da composição do condutor. Os picos de resistência ocorreram em múltiplos de número inteiro um do outro. Esses picos são tão previsíveis e consistentes que instrumentos baseados no efeito Hall quântico podem ser usados para criar padrões de resistência. Tais padrões são essenciais para testar a eletrônica e garantir um desempenho confiável.
A teoria quântica da estrutura atômica, que é o conceito de que a energia está disponível em pacotes completos discretos no nível subatômico, previu o efeito Hall quântico já em 1975. Em 1980, Klaus von Klitzing recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua descoberta de que o efeito Hall quântico era realmente exatamente discreto, significando que os elétrons só poderiam existir em níveis de energia nitidamente definidos. O efeito Hall quântico se tornou outro argumento em apoio à natureza quântica da matéria.