Дробовий квантовий ефект Холла

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Дробовий квантовий ефект Холла

У 1982 році Даніель Цуі (Daniel Tsui) і Хорст Штермер (Horst Strmer) помітили, що «плато» в холлівскому опорі спостерігаються не тільки при цілих значеннях n, але і в істотно сильніших магнітних полях при n = 1 / 3 . Надалі були виявлені плато електричного опору і при інших дрібних значеннях n, наприклад при n = 2 / 5, 3 / 7 …

Природа дробового квантового ефекту Холла була пояснена Р. Лаффліном в 1983 році. В 1998 році Цуі, Штермер і Лаффлін отримали Нобелівську премію з фізики за відкриття і пояснення цього явища.

Суть явища полягає в тому, що група електронів «об'єднуються» в нову «частку», заряд якої менше заряду електрона. Дробовий квантовий ефект Холла не можна пояснити на основі поведінки одиночних електронів у магнітному полі. Причина полягає у взаємодії між електронами. Магнітне поле створює «вихори», по одному на кожен квант магнітного потоку. Принцип Паулі вимагає, щоб кожен електрон був оточений одним «вихором». Коли магнітні поля перевищують величину, відповідну ЦКЕХ з iz =1, вихорів стає більше, ніж електронів. Принцип Паулі виконується при розміщенні декількох вихорів на електроні, яке зменшує міжелектронне кулонівське відштовхування. Електрон «захоплює» квант магнітного потоку і стає «складовою часткою». З точки зору теорії, такі «складові частки» описувати набагато легше, ніж «вільні» електрони. Захоплений квант потоку змінює природу частинок, «перетворюючи» ферміони в бозони. Електрон, який захопив парне число квантів потоку, стає ферміонів, а непарне число квантів потоку — бозоном. При заповненні на 1 / 3 нижнього рівня Ландау кожен електрон приймає три кванта магнітного потоку. Таким чином виходить композитний бозон. Він знаходиться в умовах нульового магнітного поля (воно вже включено в нову частку) і в стані бозе-конденсації в новому енергетичному стані. Можна визначити енергетичну щілину, необхідну для виникнення квантування холлівського опору і для звернення до нуля звичайного опору, експериментальними методами. Коли частина вихорів магнітного поля не захоплена, виникає дробовий дефіцит заряду в кожному з цих вихорів. В порівнянні з електронами, це позитивні дробові заряди. Квазічастинки можуть вільно рухатися і проводити електричний струм. Поява плато на графіках відбувається як і в цілочисельному квантовому ефекті Холла, через флуктуацій потенціалу на дефектах кристалу. Відмінність в тому, що носії електричного струму — не електрони, а частинки з дробовим зарядом. Дробовий квантовий ефект Холла пояснюється захопленням непарного числа вихорів магнітного потоку кожним електроном.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.