Ποιο είναι το φαινόμενο της κβαντικής αίθουσας;

Η επίδραση της κβαντικής αίθουσας είναι μια καλά αποδεκτή θεωρία στη φυσική που περιγράφει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.Οι παρατηρήσεις του αποτελέσματος τεκμηριώνουν σαφώς τη θεωρία της κβαντικής μηχανικής στο σύνολό της.Τα αποτελέσματα είναι τόσο ακριβή ώστε το πρότυπο για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης χρησιμοποιεί το φαινόμενο της κβαντικής αίθουσας, το οποίο στηρίζει επίσης το έργο που γίνεται στους υπεραγωγούς.

Το αποτέλεσμα της αίθουσας, που ανακαλύφθηκε από τον Edwin Hall το 1879, παρατηρείται όταν ένα ρεύμα ηλεκτρικής ενέργειας περάσειμέσω ενός αγωγού τοποθετημένο σε ένα μαγνητικό πεδίο.Οι φορείς φόρτισης, οι οποίοι είναι συνήθως ηλεκτρόνια, αλλά μπορούν να είναι πρωτόνια, διασκορπίζονται στην πλευρά του αγωγού λόγω της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου.Το φαινόμενο μπορεί να απεικονιστεί ως μια σειρά αυτοκινήτων που ωθούν πλάγια λόγω ενός ισχυρού ανέμου ενώ κατεβαίνει κάτω από έναν αυτοκινητόδρομο.Τα αυτοκίνητα παίρνουν ένα καμπύλο μονοπάτι καθώς προσπαθούν να προχωρήσουν προς τα εμπρός, αλλά είναι αναγκασμένοι πλάγια.Η διαφορά τάσης είναι αρκετά μικρή και είναι συνάρτηση της σύνθεσης του αγωγού.Η ενίσχυση του σήματος είναι απαραίτητη για την κατασκευή χρήσιμων οργάνων με βάση το αποτέλεσμα της αίθουσας.Αυτή η ανισορροπία στο ηλεκτρικό δυναμικό είναι η αρχή πίσω από έναν ανιχνευτή αίθουσας που μετρά τα μαγνητικά πεδία.Εφαρμόστηκαν ρεύμα σε αγώγιμα φύλλα κάτω από ισχυρά μαγνητικά πεδία και χαμηλές θερμοκρασίες.Αντί να βλέπουν ηλεκτρόνια τραβηγμένα πλάγια σε καμπύλες συνεχόμενες διαδρομές, τα ηλεκτρόνια έκαναν ξαφνικά άλματα.Υπήρχαν αιχμηρές κορυφές στην αντίσταση στη ροή σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας καθώς η ισχύς του μαγνητικού πεδίου άλλαξε.Μεταξύ των κορυφών, η αντίσταση έπεσε σε μια τιμή κοντά στο μηδέν, χαρακτηριστικό των υπεραγωγών χαμηλής θερμοκρασίας.

Οι φυσικοί συνειδητοποίησαν επίσης ότι το επίπεδο ενέργειας που απαιτείται για να προκαλέσει άνοδο στην αντίσταση δεν ήταν συνάρτηση της σύνθεσης του αγωγού.Οι κορυφές αντίστασης εμφανίστηκαν σε πολλαπλάσια μεταξύ των αριθμών μεταξύ τους.Αυτές οι κορυφές είναι τόσο προβλέψιμες και συνεπείς ώστε τα μέσα που βασίζονται στην επίδραση της κβαντικής αίθουσας να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία προτύπων αντίστασης.Τέτοια πρότυπα είναι απαραίτητα για τη δοκιμή των ηλεκτρονικών ειδών και την εξασφάλιση αξιόπιστης απόδοσης.

Η κβαντική θεωρία της ατομικής δομής, η οποία είναι η έννοια ότι η ενέργεια είναι διαθέσιμη σε διακριτά, ολόκληρα πακέτα σε υποατομικό επίπεδο, είχε προβλέψει την επίδραση της κβαντικής αίθουσας ήδη από το 1975.Το 1980, ο Klaus von Klitzing έλαβε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική για την ανακάλυψή του ότι η επίδραση της κβαντικής αίθουσας ήταν πράγματι ακριβώς διακριτό, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να υπάρχουν μόνο σε έντονα καθορισμένα επίπεδα ενέργειας.Το φαινόμενο της κβαντικής αίθουσας έχει γίνει ένα άλλο επιχείρημα για την υποστήριξη της κβαντικής φύσης της ύλης.