Vad är Quantum Hall -effekten?
Kvanthalleffekten är en väl accepterad teori i fysik som beskriver beteendet hos elektroner inom ett magnetfält vid extremt låga temperaturer. Observationer av effekten underhåller tydligt teorin om kvantmekanik som helhet. Resultaten är så exakta att standarden för mätning av elektrisk resistens använder kvanthalleffekten, som också ligger till grund för det arbete som gjorts på superledare.
Halleffekten, upptäckt av Edwin Hall 1879, observeras när en ström av elektricitet passerar genom en ledare placerad i ett magnetfält. Laddningsbärare, som vanligtvis är elektroner men kan vara protoner, sprids till sidan av ledaren på grund av magnetfältets påverkan. Fenomenet kan visualiseras som en serie bilar skjuts i sidled på grund av en stark vind medan du går ner på en motorväg. Bilarna tar en krökt stig när de försöker köra framåt men tvingas i sidled.
En potentiell skillnad mellan ledarens sidor utvecklas.Spänningsskillnaden är ganska liten och är en funktion av ledarens sammansättning. Amplifiering av signalen är nödvändig för att göra användbara instrument baserat på halleffekten. Denna obalans i elektrisk potential är principen bakom en hallsond som mäter magnetfält.
Med halvledarnas popularitet blev fysiker intresserade av att undersöka halleffekten i så tunna folier var laddningsbärarna i huvudsak begränsade till rörelse i två dimensioner. De applicerade ström på ledande folier under starka magnetfält och låga temperaturer. Istället för att se elektroner dras i sidled i böjda kontinuerliga stigar gjorde elektronerna plötsliga hopp. Det fanns skarpa toppar i resistensen mot flödet vid specifika energinivåer när magnetfältstyrkan ändrades. Mellan topparna sjönk motståndet till ett värde nära noll, ett kännetecken för lågtemperaturerUPRURCONDUCTORS.
Fysikerna insåg också att den energinivå som var nödvändig för att orsaka en spik i motstånd inte var en funktion av ledarens sammansättning. Motståndstopparna inträffade vid multiplar av hela numret av varandra. Dessa toppar är så förutsägbara och konsekventa att instrument baserat på kvanthalleffekten kan användas för att skapa standarder för motstånd. Sådana standarder är viktiga för att testa elektronik och säkerställa tillförlitlig prestanda.
The quantum theory of atomic structure, which is the concept that energy is available in discrete, whole packets at the subatomic level, had predicted the quantum Hall effect as early as 1975. In 1980, Klaus von Klitzing received the Nobel Prize in Physics for his discovery that the quantum Hall effect was indeed exactly discrete, meaning that the electrons could exist only in sharply defined levels of energy. Kvanthalleffekten har blivit ett annat argument till stöd för kvantens natur.