ควอนตัมฮอลล์เอฟเฟกต์คืออะไร?

ผลควอนตัมฮอลล์เป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างดีในฟิสิกส์ที่อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนภายในสนามแม่เหล็กที่อุณหภูมิต่ำมากการสังเกตผลกระทบอย่างชัดเจนยืนยันทฤษฎีของกลศาสตร์ควอนตัมโดยรวมผลลัพธ์นั้นแม่นยำมากว่ามาตรฐานสำหรับการวัดความต้านทานไฟฟ้าใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ซึ่งเป็นรากฐานของงานที่ทำกับตัวนำยิ่งยวด

เอฟเฟกต์ฮอลล์ค้นพบโดย Edwin Hall ในปี 1879ผ่านตัวนำที่วางไว้ในสนามแม่เหล็กผู้ให้บริการประจุซึ่งมักจะเป็นอิเล็กตรอน แต่สามารถเป็นโปรตอนกระจายไปทางด้านข้างของตัวนำเนื่องจากอิทธิพลของสนามแม่เหล็กปรากฏการณ์สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นชุดของรถยนต์ที่ผลักไปด้านข้างเนื่องจากลมแรงในขณะที่ลงไปตามทางหลวงรถยนต์ใช้เส้นทางโค้งขณะที่พวกเขาพยายามขับไปข้างหน้า แต่ถูกบังคับไปด้านข้าง

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างด้านข้างของตัวนำพัฒนาความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าค่อนข้างเล็กและเป็นหน้าที่ขององค์ประกอบของตัวนำการขยายสัญญาณเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างเครื่องมือที่มีประโยชน์ตามเอฟเฟกต์ฮอลล์ความไม่สมดุลในศักยภาพทางไฟฟ้านี้เป็นหลักการที่อยู่เบื้องหลังการสอบสวนห้องโถงที่วัดสนามแม่เหล็ก

ด้วยความนิยมของเซมิคอนดักเตอร์นักฟิสิกส์เริ่มสนใจในการตรวจสอบผลกระทบของฮอลล์ในฟอยล์บาง ๆพวกเขาใช้กระแสไฟฟ้ากับฟอยล์นำไฟฟ้าภายใต้สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งและอุณหภูมิต่ำแทนที่จะเห็นอิเล็กตรอนดึงไปด้านข้างในเส้นทางต่อเนื่องโค้งงออิเล็กตรอนก็กระโดดอย่างกะทันหันมียอดแหลมที่คมชัดในความต้านทานต่อการไหลในระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากความแรงของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนไปในระหว่างยอดเขาความต้านทานลดลงเป็นค่าใกล้กับศูนย์ลักษณะของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำ

นักฟิสิกส์ยังตระหนักว่าระดับพลังงานที่จำเป็นในการก่อให้เกิดการต้านทานการต่อต้านไม่ใช่หน้าที่ขององค์ประกอบของตัวนำจุดสูงสุดของความต้านทานเกิดขึ้นที่ทวีคูณหมายเลขทั้งหมดของกันและกันยอดเขาเหล่านี้สามารถคาดการณ์ได้และสอดคล้องกันซึ่งเครื่องมือที่ใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์สามารถใช้ในการสร้างมาตรฐานความต้านทานมาตรฐานดังกล่าวมีความสำคัญต่อการทดสอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และสร้างความมั่นใจว่าประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้

ทฤษฎีควอนตัมของโครงสร้างอะตอมซึ่งเป็นแนวคิดที่ว่าพลังงานมีอยู่ในไม่ต่อเนื่องแพ็คเก็ตทั้งหมดในระดับ subatomic ได้ทำนายผลควอนตัมฮอลล์ในช่วงต้นปี 1975ในปี 1980 Klaus von Klitzing ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบของเขาว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์นั้นไม่ต่อเนื่องแน่นอนซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนสามารถมีอยู่ในระดับพลังงานที่กำหนดไว้อย่างรวดเร็วเท่านั้นเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ได้กลายเป็นข้อโต้แย้งอีกประการหนึ่งในการสนับสนุนลักษณะควอนตัมของสสาร