Efecto Hall cuántico fraccionado. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
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Se ha escrito mucho sobre el efecto Hall; este efecto se utiliza intensamente en la tecnología, pero los científicos continúan estudiándolo. En 1980, un físico alemán
Klaus von Klitzung estudió el efecto Hall a temperaturas ultrabajas. En una delgada losa semiconductora, von Klitzung cambió suavemente la intensidad del campo magnético y descubrió que la resistencia Hall no cambiaba suavemente, sino abruptamente. La magnitud del salto no dependía de las propiedades del material, sino que era una combinación de constantes físicas fundamentales divididas por un número constante. Resultó que las leyes de la mecánica cuántica de alguna manera cambiaron la naturaleza del efecto Hall. Este fenómeno se denominó efecto Hall cuántico integral. Por este descubrimiento, von Klittzung recibió el Premio Nobel de Física en 1985.
Dos años después del descubrimiento de von Klitzung en el laboratorio de Bell Telephone (el mismo donde se descubrió el transistor), Stormer y Tsui estaban estudiando el efecto Hall cuántico utilizando una muestra grande y excepcionalmente pura de arseniuro de galio fabricada en el mismo laboratorio. La muestra tenía un grado de pureza tan alto que los electrones pasaban de punta a punta sin encontrar obstáculos. El experimento de Stormer y Tsui tuvo lugar a una temperatura mucho más baja (casi el cero absoluto) y con campos magnéticos más fuertes que el experimento de von Klitzung (un millón de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra).
Para su sorpresa, Stormer y Tsui encontraron un salto en la resistencia de Hall tres veces mayor que el de von Klitzung. Luego encontraron saltos aún mayores. El resultado fue la misma combinación de constantes físicas, pero dividida no por un número entero, sino por una fracción. Los físicos consideran que la carga de un electrón es una constante que no se puede dividir en partes. Y este experimento parecía involucrar partículas con cargas fraccionarias. El efecto se denominó efecto Hall cuántico fraccionario.
Un año después de este descubrimiento, un miembro del laboratorio Laughlin dio una explicación teórica del efecto. Afirmó que la combinación de una temperatura ultrabaja y un potente campo magnético hace que los electrones formen un líquido cuántico incompresible.
La figura muestra, utilizando gráficos por computadora, un flujo de electrones (bolas) que atraviesan un plano. La rugosidad del plano representa la distribución de la carga de uno de los electrones en presencia de un campo magnético y la carga de otros electrones. Si se añade un electrón a un líquido cuántico, se forma un cierto número de cuasipartículas con una carga fraccionada (en la figura esto se muestra como un conjunto de flechas para cada electrón).
En 1998, Horst Stormer, Daniel Tsui y Robert Laughlin recibieron el Premio Nobel de Física. Actualmente, H. Stormer es profesor de física en la Universidad de Columbia, D. Tsui es profesor en la Universidad de Princeton y R. Laughlin es profesor en la Universidad de Stanford.
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