분수 양자 홀 효과. 계획, 설명

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홀 효과에 대해 많이 쓰여졌으며 이 효과는 기술에 집중적으로 사용되지만 과학자들은 계속해서 연구하고 있습니다. 1980년 독일의 물리학자 Klaus von Klitzung은 초저온에서 홀 효과의 작용을 연구했습니다. 얇은 반도체 판에서 von Klitzung은 자기장의 세기를 부드럽게 변화시켰고 홀 저항이 부드럽게 변화하는 것이 아니라 점프한다는 것을 발견했습니다. 점프의 크기는 재료의 특성에 의존하지 않고 기본 물리 상수를 상수로 나눈 조합이었습니다. 양자 역학의 법칙이 어떻게든 홀 효과의 본질을 바꾸었다는 것이 밝혀졌습니다. 이 현상을 통합 양자 홀 효과라고 합니다. 이 발견으로 von Klitzung은 1985년에 노벨 물리학상을 받았습니다.

Bell Telephone의 연구실(트랜지스터가 발견된 것과 같은 연구실)에서 von Klitzung이 발견한 지 XNUMX년 후 Stormer와 Tsui는 같은 연구실에서 만든 매우 순수한 대규모 비화갈륨 샘플을 사용하여 양자 홀 효과를 연구했습니다. 샘플은 전자가 장애물을 만나지 않고 끝에서 끝까지 통과할 정도로 순도가 높았습니다. Stormer와 Tsui의 실험은 von Klitzung의 실험보다 훨씬 더 낮은 온도(거의 절대 영도)와 더 강한 자기장(지구 자기장보다 백만 배 더 강한)에서 진행되었습니다.

놀랍게도 Stormer와 Tsui는 Hall의 저항이 von Klitzung의 저항보다 세 배나 증가한 것을 발견했습니다. 그런 다음 그들은 더 큰 점프를 발견했습니다. 동일한 물리 상수 조합을 얻었지만 정수가 아닌 분수로 나눴습니다. 전자의 전하는 물리학자들에 의해 일정하며 부분으로 나눌 수 없는 것으로 간주됩니다. 그리고이 실험에서는 분수 전하를 가진 입자가 그대로 참여했습니다. 이 효과를 분수 양자 홀 효과라고 합니다.

이 발견이 있은 지 XNUMX년 후 실험실 직원인 Laughlin은 그 효과에 대한 이론적인 설명을 했습니다. 그는 초저온과 강력한 자기장의 조합으로 인해 전자가 비압축성 양자 유체를 형성하게 된다고 말했습니다. 그림은 컴퓨터 그래픽을 사용하여 평면을 관통하는 전자(볼)의 흐름을 보여줍니다. 평면의 불규칙성은 자기장이 존재할 때 전자 중 하나의 전하와 다른 전자의 전하 분포를 나타냅니다.

양자 액체에 전자가 추가되면 분수 전하를 가진 일정량의 준 입자가 형성됩니다 (그림에서 이것은 각 전자에 대한 일련의 화살표로 표시됨).

분수 양자 홀 효과

1998년 Horst Stormer, Daniel Tsui, Robert Laughlin은 노벨 물리학상을 수상했습니다. 현재 H. Stormer는 Columbia University의 물리학 교수이고 D. Tsui는 Princeton University의 교수이며 R. Laughlin은 Stanford University의 교수입니다.

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George Washington University School of Medicine and Health Sciences의 과학자들은 의사가 NaviCam이라는 소형 비디오 캡슐을 제어할 수 있는 방법을 개발했습니다. NaviCam은 환자가 소화 시스템 전체를 삼키고 통과하여 잠재적으로 문제가 있는 영역을 시각화하고 사진을 찍을 수 있도록 합니다. 외부 자석과 조이스틱을 사용하여 캡슐을 이동합니다.

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이 기술은 테스트 단계에 있지만 초기 결과는 고무적이었습니다. 의사들은 40%의 영상 정확도로 95명의 환자 위의 모든 주요 부분에서 캡슐을 제어할 수 있었습니다. 시험 참가자는 또한 고위험 병변이 없음을 확인하기 위해 기존의 내시경 검사를 받았습니다.

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