Wat is het Quantum Hall-effect?

De quantum Hall effect is een algemeen aanvaarde natuurkundige theorie die het gedrag van elektronen in een magnetisch veld bij extreem lage temperaturen. Observaties van het effect duidelijk te onderbouwen de theorie van de kwantummechanica als geheel. De resultaten zijn zo nauwkeurig dat de standaard voor het meten van de elektrische weerstand maakt gebruik van het quantum Hall-effect, die ook ten grondslag ligt aan het werk op supergeleiders.

De Hall-effect, door Edwin Hall ontdekt in 1879, is waargenomen wanneer een stroom van elektriciteit gaat door een geleider in een magnetisch veld. Ladingdragers, die meestal elektronen maar kan protonen, strooien de zijde van de geleider door de invloed van het magnetisch veld. Het verschijnsel kan worden gevisualiseerd als een reeks van auto's geduwd zijwaarts te wijten aan een sterke wind, terwijl naar beneden een snelweg. De auto's neem een ​​gebogen pad als ze proberen om vooruit te rijden, maar zijn zijwaarts gedwongen.

Een potentiaalverschil tussen de zijkanten van de geleider ontwikkelt. Het spanningsverschil is vrij klein en is een functie van de samenstelling van de geleider. Amplificatie van het signaal is noodzakelijk om nuttige instrumenten gebaseerd op het Hall-effect maken. Deze onevenwichtigheid in elektrische potentiaal is het principe achter een Hall sonde die magnetische velden meet.

Met de populariteit van halfgeleiders werd natuurkundigen geïnteresseerd in het onderzoeken van de Hall effect folies zo dun, werden de ladingsdragers voornamelijk beperkt tot beweging in twee dimensies. Zij pasten stroom geleidende folies onder sterke magnetische velden en lage temperaturen. In plaats van elektronen getrokken zijwaarts gebogen continue paden, de elektronen gemaakt plotselinge sprongen. Er waren scherpe pieken in de stromingsweerstand op specifieke energieniveaus de magnetische veldsterkte gewijzigd. Tussen pieken, de weerstand gedaald tot een waarde nabij nul, een kenmerk van lage-temperatuur supergeleiders.

De natuurkundigen realiseerde dat het energieniveau nodig veroorzaken piek weerstand was geen functie van de conductorâ € s samenstelling. De weerstand pieken trad op gehele veelvouden van elkaar. Deze pieken zijn zo voorspelbaar en consistent die instrumenten op basis van de quantum Hall-effect kan worden gebruikt om standaarden weerstand creëren. Dergelijke normen zijn essentieel voor het testen van elektronica en het waarborgen van betrouwbare prestaties.

De kwantumtheorie van de atomaire structuur, dat is het concept dat energie beschikbaar is in discrete, hele pakketten op het subatomaire niveau, had het quantum Hall effect al in 1975. In 1980 voorspelde, kreeg Klaus von Klitzing de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn ontdekking dat de quantum Hall effect inderdaad precies discrete, waardoor de elektronen alleen scherp gedefinieerde niveaus van energie kan bestaan. De quantum Hall effect is een ander argument ter ondersteuning van de quantum aard van de materie geworden.

  • In 1980 ontving Klaus von Klitzing de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn ontdekking dat het quantum Hall-effect was precies discrete, wat betekent dat de elektronen alleen in scherp gedefinieerde niveaus van energie zou kunnen bestaan.

© 2019 Quilcedacarvers.com | Contact us: webmaster# quilcedacarvers.com