Hiệu ứng hội trường lượng tử là gì?

Hiệu ứng hội trường lượng tử là một lý thuyết được chấp nhận tốt trong vật lý mô tả hành vi của các electron trong từ trường ở nhiệt độ cực thấp.Các quan sát về hiệu ứng chứng minh rõ ràng lý thuyết về cơ học lượng tử nói chung.Các kết quả chính xác đến mức tiêu chuẩn cho việc đo điện trở sử dụng hiệu ứng hội trường lượng tử, cũng củng cố công việc được thực hiện trên chất siêu dẫn. Hiệu ứng Hall, được phát hiện bởi Edwin Hall vào năm 1879, được quan sát thấythông qua một dây dẫn được đặt trong một từ trường.Các chất mang điện tích, thường là các electron nhưng có thể là proton, phân tán về phía của dây dẫn do ảnh hưởng của từ trường.Hiện tượng này có thể được hình dung như một loạt xe bị đẩy sang một bên do gió mạnh trong khi đi xuống đường cao tốc.Những chiếc xe đi theo một con đường cong khi họ cố gắng lái xe về phía trước nhưng bị buộc sang một bên. Một sự khác biệt tiềm năng giữa các cạnh của dây dẫn phát triển.Sự khác biệt điện áp khá nhỏ và là một hàm của thành phần của dây dẫn.Sự khuếch đại của tín hiệu là cần thiết để tạo các công cụ hữu ích dựa trên hiệu ứng Hall.Sự mất cân bằng trong tiềm năng điện là nguyên tắc đằng sau một đầu dò hội trường đo từ trường.

Với sự phổ biến của chất bán dẫn, các nhà vật lý bắt đầu quan tâm đến việc kiểm tra hiệu ứng hội trường trong lá rất mỏng, các chất mang điện tích về cơ bản bị hạn chế chuyển động theo hai chiều.Họ áp dụng dòng điện để dẫn điện dưới từ trường mạnh và nhiệt độ thấp.Thay vì nhìn thấy các electron kéo sang một bên trong những con đường cong liên tục, các electron đã nhảy đột ngột.Có các đỉnh sắc nét trong khả năng chống lại dòng chảy ở mức năng lượng cụ thể khi cường độ từ trường đã được thay đổi.Ở giữa các đỉnh, điện trở giảm xuống một giá trị gần bằng không, một đặc tính của chất siêu dẫn nhiệt độ thấp. Các nhà vật lý cũng nhận ra rằng mức năng lượng cần thiết để gây ra sự tăng đột biến không phải là một chức năng của thành phần dây dẫn.Các đỉnh điện trở xảy ra ở bội số toàn bộ số của nhau.Những đỉnh này có thể dự đoán được và nhất quán đến mức các công cụ dựa trên hiệu ứng hội trường lượng tử có thể được sử dụng để tạo ra các tiêu chuẩn kháng cự.Các tiêu chuẩn như vậy là rất cần thiết để thử nghiệm các thiết bị điện tử và đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy. Lý thuyết lượng tử của cấu trúc nguyên tử, đó là khái niệm rằng năng lượng có sẵn trong các gói riêng biệt, toàn bộ các gói ở cấp độ hạ nguyên tử, đã dự đoán hiệu ứng hội trường lượng tử vào đầu năm 1975.Vào năm 1980, Klaus von Klitzing đã nhận được giải thưởng Nobel về vật lý để khám phá ra rằng hiệu ứng hội trường lượng tử thực sự rất riêng biệt, có nghĩa là các electron chỉ có thể tồn tại ở mức năng lượng được xác định rõ ràng.Hiệu ứng hội trường lượng tử đã trở thành một lập luận khác để hỗ trợ cho bản chất lượng tử của vật chất.