什么是量子霍尔效应？(the quantum hall effect?)
量子霍尔效应是物理学中一个广为接受的理论，它描述了在极低温度下磁场中电子的行为。对这种效应的观察清楚地证实了量子力学的整体理论。结果非常精确，以至于测量电阻的标准使用了量子霍尔效应，这也是超导体工作的基础。
1879年，埃德温·霍尔发现了霍尔效应。当电流通过放置在磁场中的导体时，可以观察到霍尔效应。电荷载体通常是电子，但也可以是质子，由于磁场的影响，它们会散射到导体的一侧。这一现象可以想象为一系列汽车在高速公路上行驶时，由于强风而被推到一边。汽车在试图向前行驶时会走一条弯道，但会被迫侧身行驶。
导体两侧形成电位差。电压差非常小，是导体成分的函数。根据霍尔效应制作有用的仪器需要对信号进行放大。这种电位不平衡是霍尔探针测量磁场的原理。
随着半导体的普及，物理学家们开始对研究如此薄的金属箔中的霍尔效应感兴趣，因为载流子基本上仅限于二维运动。他们在强磁场和低温下向导电箔施加电流。电子没有看到在弯曲的连续路径中被侧向拉，而是突然跳跃。随着磁场强度的变化，在特定能量水平下，流动阻力出现尖峰。在峰值之间，电阻降到接近零的值，这是低温超导体的特征。。
物理学家们还意识到，引起电阻峰值所需的能级并不是导体成分的函数。电阻峰值出现在彼此的整数倍处。这些峰值是如此可预测且一致，以至于基于量子霍尔效应的仪器可以用来创建电阻标准。这些标准对于测试电子产品和确保可靠性能至关重要。
原子结构的量子理论，即能量在亚原子水平上以离散的、完整的包存在的概念，早在1975年就预测了量子霍尔效应。1980年，克劳斯·冯·克利津（Klaus von Klitzing）因发现量子霍尔效应确实是完全离散的，这意味着电子只能存在于明确定义的能量水平上而获得诺贝尔物理学奖。量子霍尔效应已成为支持物质量子本质的另一个论据。。
- 发表于 2022-02-10 12:56
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- 分类：科学
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