研究人員開發出一種可以提高量子電阻標準性能的方法
維爾茨堡大學的研究人員開發了一種可以提高量子電阻標準性能的方法。它是基於一種名為量子反常霍爾效應的量子現象。到目前為止，零磁場量子反常霍爾效應只出現在電流非常低的情況。這種裝置可以改變這種狀況。
在電子產品的工業生產中，例如在高科技感測器、微晶片和飛行控制器的製造中，精確測量電阻是必不可少的。維爾茨堡大學（JMU）拓撲絕緣體研究所的物理學家查爾斯-古爾德（Charles Gould）教授解釋說：”非常精確的測量在這裡至關重要，因為即使是最小的偏差也會對這些複雜的系統產生重大影響。
新方法的運作方式
許多人可能還記得物理課上的經典霍爾效應：當電流流過導體並將其暴露在磁場中時，就會產生電壓，即所謂的霍爾電壓。將此電壓除以電流所得的霍爾電阻會隨著磁場強度的增加而增加。在薄層中和足夠大的磁場中，霍爾電阻開始出現階躍，其值恰好為h/ne2，其中h 為普朗克常數，e 為基本電荷，n 為整數。這就是所謂的量子霍爾效應，因為電阻只取決於自然界的基本常數（h 和e），因此它是一個理想的標準電阻器。
QAHE 的特別之處在於它可以在零磁場條件下產生量子霍爾效應。 “在沒有任何外部磁場的情況下運行，不僅簡化了實驗，而且在確定另一個物理量：公斤時也具有優勢。要確定千克，必須同時測量電阻和電壓，”古爾德說，”但測量電壓只有在沒有磁場的情況下才能進行，因此量子霍爾效應是這方面的理想選擇。
迄今為止，QAHE 只能在電流過低的情況下進行測量，而電流過低則無法用於實際計量。究其原因，是在較高電流下的電場幹擾了QAHE。維爾茨堡的物理學家現在已經找到了解決這個問題的方法。
古爾德解釋說：”我們在一個被稱為多端科比諾裝置的幾何結構中使用兩個獨立的電流來中和電場。有了這個新技巧，電阻在更大的電流下仍可量化為h/e2，從而使基於QAHE 的電阻標準更加穩健”。 “
在實際應用的道路上
在可行性研究中，研究人員能夠證明新的測量方法能夠達到基本直流電技術的精確度水準。他們的下一個目標是使用更精確的計量工具來測試這種方法的可行性。為此，維爾茨堡小組正與專門從事此類超精密計量測量的德國國家計量研究院（PTB）密切合作。
這種方法並不限於量子霍爾效應。鑑於傳統的量子霍爾效應在足夠大的電流下也會遇到類似的電場驅動限制，因此這種方法還可以改進現有的計量標準，用於更大電流的應用。
編譯來源：ScitechDaily