เอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ (QHE) เป็นหนึ่งในผลกระทบที่สำคัญที่สุดที่ได้รับการศึกษาโดยนักฟิสิกส์โซลิดสเตตในปัจจุบัน การวัดขีดจำกัดของการแตกหักเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ไม่เพียงแต่สำหรับฟิสิกส์พื้นฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้เอฟเฟกต์เป็นมาตรฐานความต้านทานสำหรับการกำหนดกิโลกรัมใหม่ด้วย นักวิจัยในฝรั่งเศสพบว่าการกระตุ้นร่วมกันของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์มีส่วน
ทำให้เกิดการสลายตัวของ QHE ในกราฟีน
bilayer ที่สนามไฟฟ้าสูงและพวกเขาได้คำนวณ “ความเร็วของ Landau” ที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ผลลัพธ์ใหม่ให้น้ำหนักกับแนวคิดที่ว่าภาพอิเล็กตรอนเดี่ยวแบบถือยาวไม่ใช่คำอธิบายที่เหมือนจริงของ QHEค่าสากลสำหรับความต้านทานควอนตัมฮอลล์เอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ (QHE) คือการปรากฏตัวของแรงดันไฟฟ้าข้ามด้านตรงข้ามของแผ่นตัวนำ 2 มิติที่บาง (เช่น กราฟีน ซึ่งเป็นชั้นของคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว) เมื่อกระแสไหลผ่านบนระนาบของแผ่นและ
สนามแม่เหล็กถูกนำไปใช้ในแนวตั้งฉากกับมัน สนามแม่เหล็กจะบังคับให้อิเล็กตรอนนำไฟฟ้าในแผ่นกระดาษลอยเป็นวงกลม เชิงปริมาณ หรือโคจร (เรียกว่าระดับรถม้า) โดยปกติการเคลื่อนที่นี้จะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในวัสดุและความหนาของแผ่น เมื่อเปรียบเทียบแรงดันฮอลล์กับกระแสที่ไหลผ่านแผ่นงาน ความต้านทานควอนตัมฮอลล์ที่ได้คือh/Ne 2โดยที่h คือค่าคงที่พลังค์ ( h ) e คือประจุอิเล็กตรอนและN เป็นจำนวนเต็ม
การทดลองทั้งหมดจนถึงปัจจุบันดูเหมือนจะเห็นด้วยกับค่าสากลสำหรับการต่อต้านควอนตัมฮอลล์ Bernard Plaçaisแห่งLaboratoire Pierre Aigrain ในภาควิชาฟิสิกส์ของ Ecole Normale Supérieureในปารีสกล่าวว่า “ความแม่นยำในการทดสอบการทดลองของความต้านทานนี้อาจขึ้นอยู่กับผลกระทบของอนุภาคที่มีความสัมพันธ์เช่นเดียวกับที่เราเคยสังเกตในการศึกษาของเราความพยายามในการวิจัย “นอกจากนี้ กราฟีนซึ่งมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูงและความต้านทานของควอนตัมฮอลล์ได้รับการวัดด้วยความแม่นยำสูงแล้ว ได้รับการยอมรับว่าเป็นแพลตฟอร์มที่มีคุณค่าสำหรับการสร้างมาตรฐานความต้านทาน QHE ในอนาคต”
ในขณะนี้ กิโลกรัมถูกกำหนดโดยกระบอกแพลตตินัม
และอิริเดียมขนาดเล็กที่สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2432 และจัดขึ้นที่ Bureau International des Poids et Mesures ในกรุงปารีส แต่การเปรียบเทียบมาตรฐานนี้กับสำเนา “พยาน” ที่เหมือนกันเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่ามวลของมันกำลังเปลี่ยนไป นักวิจัยจึงต้องการกำหนดกิโลกรัมใหม่ด้วยวิธีใหม่โดยยึดตามค่าคงที่พื้นฐานเพียงอย่างเดียว และวิธีที่น่าจะทำได้คือในแง่ของความต้านทานควอนตัมฮอลล์
การกระตุ้นร่วมกันของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์ต้องขอบคุณการวัดเสียงช็อต-นอยส์ความถี่สูง ซึ่งถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในบริบทนี้ Plaçais และเพื่อนร่วมงานได้พบว่าที่สนามไฟฟ้าสูง QHE ในตัวอย่างกราฟีนแบบสองชั้นจะแตกตัวด้วยความเร็วของอิเล็กตรอนที่สำคัญเนื่องจาก การกระตุ้นร่วมกันของอิเล็กตรอนที่มีโมเมนตัมมากที่ค่าต่ำสุดที่เรียกว่าแมกนีโต-เอ็กซิตัน “ผลลัพธ์นี้น่าตื่นเต้นเพราะจนถึงปัจจุบัน QHE ได้รับการอธิบายด้วยภาพอิเล็กตรอนเพียงภาพเดียว” Plaçaisอธิบาย “เราแสดงที่นี่ว่าภาพนี้ไม่ถูกต้องที่สนามไฟฟ้าสูงซึ่งมีผลกระทบต่อการขนส่งอิเล็กตรอนที่มีความสัมพันธ์กัน
สถานการณ์นี้ชวนให้นึกถึงกระแสตัวนำยิ่งยวดในตัวนำยิ่งยวดอย่างมาก เขากล่าว “กระแสเหล่านี้ได้รับการปกป้องโดยช่องว่างของตัวนำยิ่งยวดจนถึงขีด จำกัด ที่คู่อิเล็กตรอนของตัวนำยิ่งยวด (รับผิดชอบต่อกระแสยิ่งยวดในวัสดุเหล่านี้) แยกออกจากกัน
ความคล้ายคลึงกับการสลายของ superfluidity
“เราศึกษาด้านวิกฤตที่ฉนวนฮอลล์ไปสู่การเปลี่ยนผ่านของโลหะ n ร่วมมือกับเพื่อนร่วมงานทฤษฎีของเราจาก LPS-Orsay (นำโดยMark Goerbig ) และ ENS Lyon (นำโดยDavid Carpentier )” เขากล่าวต่อ คำอธิบายที่เรานำเสนอนั้นตรงกับการสลายตัวของ superfluidity ในฮีเลียมเหลวอย่างใกล้ชิด ก๊าซฮีเลียมเป็นระบบที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอมาก แต่สามารถทำให้เหลวได้โดยใช้แรงดันขนาดใหญ่และเปลี่ยนเป็นเมฆของหยดฮีเลียมเหลว (ในการแปลงที่เรียกว่าจูล-ทอมสัน)
“ในระบบของเรา สนามไฟฟ้าสูงนั้นคล้ายคลึงกับแรงดันขนาดใหญ่ และการกระตุ้นร่วมของฉนวนฮอลล์ (magneto-excitons) คล้ายกับหยดฮีเลียมเหลว” เขาอธิบาย “แมกนีโต-เอ็กซิตันเหล่านี้กระจายตัวในลักษณะเฉพาะด้วยปฏิกิริยาระยะสั้นระหว่างพวกมัน การกระจายนี้ลดพลังงานกระตุ้นลงอย่างมากที่ความยาวคลื่นจำกัด (ช่องว่างรถม้า) ซึ่งขยายไปถึงช่วงความยาวใกล้เคียงกับค่าผกผันของระยะฟังก์ชันคลื่นอินเตอร์-ลันเดาที่เรียกว่าระดับ (LL)
“เมื่ออิเล็กตรอนในไบเลเยอร์กราฟีนถูกส่งไปยังสนามไฟฟ้าสูง การกระจายตัวของพวกมันจะถูกปรับเปลี่ยนอย่างง่าย ๆ เป็นการแปลงแบบกาลิเลียนซึ่งเป็นผลมาจากความเร็วดริฟท์ของพวกมัน ช่องว่าง Landau สามารถไปถึงศูนย์และกลายเป็นลบได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความเร็วรถ Landau วิกฤต และมีหน้าที่ในการเพิ่มจำนวนการกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์ร่วมที่กระจายกระแสออกไป”
จนถึงปัจจุบัน นักวิจัยเชื่อว่าการขุดอุโมงค์อิเล็กตรอนเดี่ยวในวัสดุ 2 มิติ เช่น กราฟีน เริ่มต้นจาก LL ที่ถูกยึดล่าสุด และค่อยๆ แพร่กระจายไปยัง LLs ที่อยู่ลึกลงไป “การทดลองของเราทำให้ภาพนี้เป็นโมฆะ” Plaçais บอกกับPhysics World “สถานการณ์ที่เรานำเสนอนั้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงตรงที่การกระตุ้นของอิเล็กตรอนเป็นแบบรวมและเกี่ยวข้องกับ LLs ที่ถูกครอบครองและไม่ถูกครอบครองทั้งหมด นี่คือสาเหตุที่มันเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและดูเหมือนการเปลี่ยนเฟสจำนวนมาก”
กระแสน้ำไหลล้ำลึกGogotsi และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าเสาอากาศใหม่นั้นดีพอ ๆ กับแบบดั้งเดิม แต่หนากว่ามากซึ่งทำจากโลหะเช่นทองเงินทองแดงและอลูมิเนียมซึ่งประสิทธิภาพถูก จำกัด ด้วยคุณสมบัติที่แท้จริงที่เรียกว่าความลึกของผิว นี่คือความหนาของวัสดุที่กระแสไฟฟ้าที่รับผิดชอบต่อการแผ่รังสี RF ไหลผ่านอย่างแข็งขัน ตัวอย่างเช่น ในทองแดง ความลึกของผิวที่ 2.4 GHz คือ 1.33 µm ในขณะที่สำหรับเงินและอะลูมิเนียม ค่าคือ 1.29 และ 1.67 µm ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าความหนาของเสาอากาศที่ทำจากโลหะเหล่านี้ควรมีอย่างน้อย 5 ไมโครเมตร เพื่อให้มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการไหลของกระแสไฟ และอาจพิสูจน์ได้ว่าใหญ่เกินไปสำหรับการใช้งานอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้และโปร่งใส
