Kas ir kvantu zāles efekts?

Hallas efekts, ko Edvīns Hols atklāja 1879. gadā, tiek novērots, kad elektrības strāva iet caur vadītāju, kas novietots magnētiskajā laukā. Uzlādes nesēji, kas parasti ir elektroni, bet var būt arī protoni, magnētiskā lauka ietekmē izkliedējas uz vadītāja pusi. Šo parādību var vizualizēt kā automašīnu sēriju, kuras stiprā vēja dēļ, braucot lejup pa šoseju, nostumtas sānis. Mēģinot braukt uz priekšu, automašīnas iet pa izliektu ceļu, bet tiek spiestas uz sāniem.

Attīstās potenciāla atšķirība starp vadītāja malām. Sprieguma starpība ir diezgan maza un ir atkarīga no vadītāja sastāva. Signāla pastiprināšana ir nepieciešama, lai izveidotu noderīgus instrumentus, kuru pamatā ir Hall efekts. Šī elektriskā potenciāla nelīdzsvarotība ir Hall zondes princips, kas mēra magnētiskos laukus.

Līdz ar pusvadītāju popularitāti fiziķi sāka pētīt Hola efektu tik plānās folijās, ka lādiņu nesēji būtībā aprobežojās ar kustību divās dimensijās. Viņi pielika strāvu vadošām folijām spēcīgu magnētisko lauku un zemu temperatūru apstākļos. Tā vietā, lai redzētu elektronus, kas velkas uz sāniem izliektos nepārtrauktos ceļos, elektroni veica pēkšņus lēcienus. Mainoties magnētiskā lauka stiprumam, bija krasi pretestības pīķi plūsmai noteiktos enerģijas līmeņos. Starp maksimumiem pretestība samazinājās līdz vērtībai, kas ir tuvu nullei, kas raksturīga zemas temperatūras supravadītājiem.

Fiziķi arī saprata, ka enerģijas līmenis, kas nepieciešams, lai izraisītu pretestības pieaugumu, nav atkarīgs no vadītāja sastāva. Pretestības maksimumi radās viens otra vesela skaitļa reizinājumam. Šīs virsotnes ir tik paredzamas un konsekventas, ka pretestības standartu izveidošanai var izmantot instrumentus, kuru pamatā ir kvantu Halla efekts. Šādi standarti ir būtiski, lai pārbaudītu elektroniku un nodrošinātu uzticamu veiktspēju.

Atomu struktūras kvantu teorija, kas ir jēdziens, ka enerģija ir pieejama diskrētās, veselās paketēs subatomiskā līmenī, kvantu Hola efektu paredzēja jau 1975. gadā. 1980. gadā Klauss fon Klicings saņēma Nobela prēmiju fizikā par savu darbu. atklājums, ka kvantu Hola efekts patiešām bija precīzi diskrēts, kas nozīmē, ka elektroni varēja pastāvēt tikai stingri noteiktos enerģijas līmeņos. Kvantu Hola efekts ir kļuvis par vēl vienu argumentu matērijas kvantu būtības atbalstam.