L'effet Hall
quantique est une théorie bien acceptée en physique décrivant le comportement
des électrons dans un champ magnétique à des températures extrêmement basses.
Observations de l'effet corroborent clairement la théorie de la mécanique
quantique dans son ensemble. Les résultats sont si précis que la norme pour la
mesure de la résistance électrique utilise de l'effet Hall quantique, qui
sous-tend également le travail effectué sur les supraconducteurs.
L'effet Hall,
découvert par Edwin Hall en 1879, on observe quand un courant électrique passe
à travers un conducteur placé dans un champ magnétique. Des porteurs de charge,
qui sont généralement des électrons, mais peuvent être des protons, disperser
vers le côté du conducteur due à l'influence du champ magnétique. Le phénomène
peut être visualisé comme une série de voitures poussé de côté en raison d'un
vent fort en descendant une route. Les véhicules ont une trajectoire courbe qui
tente de faire avancer, mais sont obligés de côté.
Une différence
de potentiel entre les côtés du conducteur se développe. La différence de
tension est très faible et est fonction de la composition du conducteur.
L'amplification du signal est nécessaire pour fabriquer des instruments utiles
sur la base de l'effet Hall. Ce déséquilibre de potentiel électrique est le
principe derrière une sonde à effet Hall qui mesure les champs magnétiques.
Avec la
popularité des semi-conducteurs, les physiciens se sont intéressés à l'examen
de l'effet Hall dans des feuilles si minces, les porteurs de charge ont été
essentiellement limités à un mouvement en deux dimensions. Ils appliquaient les
feuilles conductrices sous des champs magnétiques puissants et des températures
basses. Au lieu de voir les électrons arrachés latéralement dans des chemins
continus courbes, les électrons ont fait des sauts soudains. Il y avait des
pics bien définis dans la résistance à l'écoulement à des niveaux d'énergie
spécifiques que l'intensité du champ magnétique a été changée. Entre les deux
pics, la résistance a chuté à une valeur proche de zéro, une caractéristique
des supraconducteurs à basse température.
Les physiciens
ont aussi réalisé que le niveau nécessaire pour provoquer une hausse de la
résistance de l'énergie n'était pas une fonction de la composition du
conducteur. Les pics de résistance se sont produits à des multiples entiers de
l'autre. Ces pics sont si prévisibles et cohérent que les instruments basés sur
l'effet Hall quantique peuvent être utilisés pour créer des normes de
résistance. Ces normes sont essentielles pour tester l'électronique et de
garantir des performances fiables.
La théorie
quantique de la structure atomique, qui est le concept que l'énergie est
disponible en paquets entiers, discrètes au niveau subatomique, avait prédit l'effet
Hall quantique dès 1975. En 1980, Klaus von Klitzing a reçu le prix Nobel de
physique pour sa découverte que l'effet Hall quantique était en effet
exactement discret, ce qui signifie que les électrons peuvent exister que dans
des niveaux nettement définis d'énergie. L'effet Hall quantique est devenu un
autre argument en faveur de la nature quantique de la matière.
