Kvantový Hallův jev za pokojové teploty  
Kvantový elektrický Hallův jev, dosud známý jen za velkých extrémů byl pozorován v exotických materiálech grafénech při běžných teplotách.

 

 

Zvětšit obrázek
Schématická struktura grafénu.

Hallův jev je vlastně vznik Hallova elektrického pole v polovodiči při současném působení vnějšího magnetického a elektrického pole. Dochází k němu i v kovech, ale vzhledem k vysoké koncentraci vodivostních elektronů je v nich jenom opravdu skromný. Vzájemným působením magnetického a elektrického pole se na jedné straně látky hromadí záporný náboj a na druhé straně kladný. Tyto póly mají různý potenciál a v důsledku toho vzniká Hallovo napětí. Hallův jev se široce využívá, například při bezkontaktním měření magnetických polí.
Kvantový Hallův jev je hojně studovaná kvantově mechanická verze Hallova jevu, dosud pozorovaná v oblacích elektronů za extrémně nízkých teplot v extrémně silně magnetickém prostředí. Za jeho objev dostal Klaus von Klitzing v roce 1985 Nobelovu cenu a v tomhle směru výzkumu to nebyla Nobelova cena poslední.

 


 

Zvětšit obrázek
Mikroskopické zobrazení grafénu.

Až do teď si všichni mysleli, že kvantový Hallův jev může fungovat jen za teplot v bezprostředním okolí absolutní nuly. Při teplotách, v nichž fungujeme my, se obvykle kvantové jevy vytratí díky roztřeseným atomům.

 

Teď už to ale neplatí. Vědci z americké National High Magnetic Field Laboratory a holandské High Field Magnet Laboratory testovali kvantový Hallův jev v grafénu, nedávno vyvinuté bizarní formě uhlíku z příbuzenstva fullerenů. Grafény jsou vlastně dvourozměrné pláty uhlíkových atomů, které jsou uspořádány v jedné jediné vrstvičce. V ideálním případě jsou atomy uhlíků uspořádány v šestihranech, jiné útvary v grafénu působí defekty.

Zvětšit obrázek
Schéma Hallova jevu.
1. elektrony, 2. Hallův senzor, 3. magnety, 4. magnetické pole, 5. zdroj elektřiny.

Přes svoji tloušťku je grafén tvrdý podobně jako diamant. Badatelé umístili grafén do extrémně silného, dosud největšího uměle vytvořeného magnetického pole a nakonec se nestačili divit. Jinak křehké kvantové jevy, na které se musí opatrně, se utrhly ze řetězu a vesele probíhaly i za pokojových teplot. Za pohodových teplot tak badatelé mohli pozorovat podivné jevy, dříve myslitelné jen za extrémních mrazů.

 

Kvantový Hallův jev je základem pro mezinárodní standard elektrického odporu, kterým se dnes charakterizují veškeré elektricky vodivé materiály. Nové objevy na tomto poli mohou v budoucnu vést k vytvoření standardu fungujícího i v normálních teplotách a za normálních magnetických polí.

 

Pochopení tajemného světa kvantové mechaniky bude v budoucnu zcela klíčové pro vývoj nových generací ultraminiaturních elektrických přístrojů. Nanostroje díky své velikosti budou jednoznačně podléhat pravidlům kvantových jevů. Je pozoruhodné, ale ve vědě vcelku běžné, že objevu došlo nezávisle ve dvou laboratořích, v americké a v holandské. V tomto případě oba týmy pracovaly na zmíněných grafenech a proto byl tento objev takříkajíc na spadnutí. Jako ojedinělý případ kooperace na vědeckém kolbišti se obě laboratoře dohodly na společné prezentaci a publikaci svých výsledků.


Pramen: Science online 15.2. 2007, DOI: 10.1126/science.1137201, Wikipedia

Datum: 18.02.2007 13:29
Tisk článku

Fyzika - Demo Pavel
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 323 Kč
cena: 303 Kč
Fyzika
Demo Pavel
Související články:

Co opravdu říká supernova SN1987A k rychlosti světla     Autor: Vladimír Wagner (05.07.2014)
Přelomové pozorování magnetických monopólů ve kvantovém oblaku     Autor: Stanislav Mihulka (30.01.2014)
Kočka Šklíba novým kvantovým paradoxem     Autor: Stanislav Mihulka (28.11.2013)
Kvantové jámy jako účinné sběrače energie     Autor: Stanislav Mihulka (29.10.2013)
Nobelova cena za fyziku pro Peter W. Higgse a Francoise Englerta     Autor: Vladimír Wagner (08.10.2013)



Diskuze:

Až do teď si všichni mysleli,

jara..,2007-02-19 19:42:23

Až do teď si všichni mysleli..Až do teď si všichni mysleli..jak to vsichni???mluvte za sebe clovece!!....Vas Jara Cimrman

Odpovědět

Kvantovej Hallův jev

ZEPHIR,2007-02-18 20:48:20

V případě kvantovýho Halova jevu jsou elektrony uspořádáním pokusu nucený se pohybovat v tenký vrstvě, čímž se jejich kvantový vlny zplacatí. Tím je umožněnej zajímavě spinově vázanej stav, kterej jde znázornit jako soustava tří gravitačně vázanejch těles:

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/quantum/3body.gif

Elektrony si při takovým pohybu vzájemně vychytávaj fotony, který při pohybu vysílaj, takže jako celek nevyzařujou nic, ergo se v takový soustavě pohybujou zcela volně, jenomže ne v Cooperových párech jako v normálních supratekutinách, ale po trojicích. A magnetický domény jsou vnejším polem stlačený tak, že se po sobě jen přetáčej jako roviny v Rubikově kostce.

Odpovědět

Co to je kvantovy Halluv jev?

miraz,2007-02-18 19:54:58

Jaky je rozdil mezi normalnim a kvantovym Hallovym jevem?

Odpovědět


Kvantovy Hallovy jev

atari,2007-02-18 23:43:26

Taky jsem si rikal, co ten halluv jev a kvantovy halluv jev je.
Pak google poradil tento clanek:
http://www.vesmir.cz/clanek.php3?CID=721

Halluv jev = mam obdelnik materialu, ktery mam kratsimi stranami pripojen k baterii, dodavam podelne napeti. Kdyz pridam kolme mag. pole prochazejici nasim obdelnikem, tak elektrony jsou tlaceny k jedne z delsich stran naseho obdelniku. V te chvili vznikne druhe napeti - pricne, mezi delsimi stranami obdelniku - asi bude zavisle na velikosti mag. pole + napeti nasi baterie a naziva se Halluv jev/napeti.
Kvantovy Halluv jev souvisi se supravodivosti. Bylo zjisteno, ze pri urcitych hodnotach Hallova odporu (pricne napeti/pricny proud) dochazi k supravodivosti v onom podelnem smeru - kde mam pripojenou baterku. Toto nastava normalne jen za nizkych teplot, a kdyz elektrony jsou jen v uzke vrstve.
Tento graf ukazuje ony supravodivostni stavy (R=0) pri urcitych Hallovych odporech:
http://www.vesmir.cz/obr_velky.php3?image=1999_077_06.jpg

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace