Was ist der Quantenhalle -Effekt?

Der Quantenhalle-Effekt ist eine gut akzeptierte Theorie in der Physik, die das Verhalten von Elektronen in einem Magnetfeld bei extrem niedrigen Temperaturen beschreibt.Beobachtungen des Effekts belegen deutlich die Theorie der Quantenmechanik als Ganzes.Die Ergebnisse sind so genau, dass der Standard für die Messung des elektrischen Widerstanddurch einen Leiter in einem Magnetfeld platziert.Ladungsträger, die normalerweise Elektronen sind, aber Protonen sein können, die aufgrund des Einflusses des Magnetfelds zur Seite des Leiters streuen.Das Phänomen kann sich als eine Reihe von Autos visualisiert werden, die aufgrund eines starken Windes beim Auftreten einer Autobahn seitlich gedrückt werden.Die Autos gehen einen gekrümmten Weg, wenn sie versuchen, vorwärts zu fahren, werden jedoch seitlich gezwungen.

Eine Potentialdifferenz zwischen den Seiten des Leiters entwickelt sich.Der Spannungsunterschied ist recht gering und ist eine Funktion der Zusammensetzung des Leiters.Eine Verstärkung des Signals ist erforderlich, um nützliche Instrumente auf der Grundlage des Hall -Effekts zu erstellen.Dieses elektrische Ungleichgewicht im elektrischen Potential ist das Prinzip hinter einer Hall -Sonde, das Magnetfelder misst.

Mit der Popularität von Halbleitern waren Physiker daran interessiert, den Hall -Effekt in so dünnen Folien zu untersuchen, dass die Ladungsträger im Wesentlichen auf Bewegung in zwei Dimensionen beschränkt waren.Sie galten Strom auf leitfähige Folien unter starken Magnetfeldern und niedrigen Temperaturen.Anstatt zu sehen, wie Elektronen auf gebogenen kontinuierlichen Wegen seitlich gezogen wurden, machten die Elektronen plötzliche Sprünge.Es gab scharfe Peaks im Widerstand gegen den Fluss bei bestimmten Energieniveaus, da die Magnetfeldstärke verändert wurde.Zwischen den Peaks fiel der Widerstand auf einen Wert nahe Null, ein Merkmal der Supraleiter mit niedriger Temperatur. Die Physiker erkannten auch, dass das für die verursachte Energieniveau, das erforderlich ist, um einen Widerstandsspeicher zu verursachen, keine Funktion der Zusammensetzung des Leiters war.Die Widerstandspeaks traten bei Multiplikatoren von Vollnummer auf.Diese Peaks sind so vorhersehbar und konsistent, dass Instrumente, die auf dem Quantenhalle -Effekt basieren, verwendet werden können, um Widerstandsstandards zu erzeugen.Solche Standards sind wichtig für die Testen der Elektronik und die Gewährleistung einer zuverlässigen Leistung. Die Quantentheorie der Atomstruktur, die das Konzept ist, dass Energie in diskreten, ganzen Paketen auf subatomarer Ebene verfügbar ist, hat den Quantenhall -Effekt bereits 1975 vorhergesagt.1980 erhielt Klaus von Klitzing den Nobelpreis für Physik für seine Entdeckung, dass der Quantenhalle -Effekt tatsächlich genau diskret war, was bedeutet, dass die Elektronen nur in stark definierten Energieniveaus existieren könnten.Der Quantenhalle -Effekt ist zu einem weiteren Argument zur Unterstützung der Quanten Natur der Materie geworden.