第一年物理学生热情探索“新”物理
测量量子霍尔效应与液态氦- 3,冷战的对象
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卡琳娜哈德逊(左)指导学生第一年葛丽塔佩吉特(中心)和Keshavi Charde(右)在实验室实验
新南威尔士大学第一年物理学生测量量子霍尔效应颗药丸后静止不动地(),一个相对较新的物理认可的1985年诺贝尔物理学奖,这需要精密的实验设置。
当一年级物理学生奥利维亚和伊恩Thorvaldson颗药丸后静止不动地发现他们已经在他们的入门技巧学习了科学课程可以测量在新南威尔士大学的实验室,他们想要的。
“很容易就接受实验的结果你在讲座学习,记住他们考试,忘记他们,”伊恩说。“但实际上做实验给了那么多意义比我们可以从讲座有效果。”
实验现在已经扩展到更广泛的群大学生卡琳娜的密切监督下哈德逊,新南威尔士大学物理学博士研究生。
霍尔电压,垂直于纵向电流、磁场作用的结果迫使电子向一边
颗药丸后静止不动地量子霍尔效应()霍尔效应的量子力学的版本,创建一个小的电压差的垂直于电流的磁场。
量子霍尔效应是在二维系统在低温下在很强的磁场,在霍尔电阻进行量子转换——即不同离散步骤而不是顺利,如下所示。
在实验中,学生必须使用氦- 3目前超高质量的半导体芯片冷却到-272.9°C(仅0.25度高于绝对零度)。氦- 3是一个极其稀有同位素,世界上大部分的物资在历史上被抽走在核弹头放射性衰变的副产品。
一个强大的超导磁体用于创建大型磁场(2特斯拉)需要诱导量子霍尔效应。
颗药丸后静止不动地控制方程,与霍尔电阻不同积分步骤Klitzing常数成正比,h / e2
半导体芯片包含一张薄(二维)的高度移动的电子,和在这些低温学生证实,大厅阻力发展平坦的高原,在大厅抵抗是独立于磁场。在这些高原大厅阻力只取决于电子电荷和普朗克常数,而纵向电阻率下降为零。
学生发现超低温领域的挑战,极其精确的实验,包括:
- 加载3他冰箱正确避免空气差距——任何空气留在冰箱里将在这些温度冻结固体,和阻止线
- 正确的电气接地,使测量的10/1000000000大小的电流安培
- 分析再现著名的量子霍尔效应图(如图所示)。
使量子化霍尔电阻,衡量Klitzing在1980年被授予1985年诺贝尔物理学奖的发现
伊恩和奥利维亚的实验报告已经使用的下一颗药丸后静止不动地对学生,Keshavi Charde和葛丽塔佩吉特。
以及学习如何在复杂的实验仪器,学生已经能够重现极其重要的量子物理实验本身,而不仅仅是阅读一本教科书。
“这是可怕的能够在实验室里做量子霍尔效应,”伊恩说。“这是一件事在课堂上学习理论,但另一件完全看到它实际上在现实世界中。”
“我也喜欢我们有看到背后的程序和工程实验所需的所有复杂的设置做一个实验在超冷的温度下,只有少数趋近绝对零度以上。我激动万分,有点惊讶,他们让第一年的玩所有的装备!”
在极端条件下的实验几乎可以声音沉闷乏味的演讲厅,但它是非常不同的,当你要做自己…
“当我们看到我们的数据停滞不前的状态在预期的地区,我们几乎是难以置信地——我们的实验工作!之间的差距是弥合在课堂上学习理论,收集自己的数据。”
没反映,新南威尔士大学的学生
“我们了解宇宙的物理学四肢——计算接近光速的速度或温度的一小部分开尔文…”奥利维亚说。“当你有机会做这些实验,这是一个现实:我们计算这些数字和理论在课堂上通过详细的实验是行之有效的。”
“这是一个真正的高兴有这样明亮的和热情的学生实验室,”主管卡琳娜哈德逊说。“他们得到了一个真正的buzz繁殖获得诺贝尔奖的结果,和学习如何操作精密实验设备。”
卡琳娜的研究项目研究在二维系统中旋轨道相互作用如何影响带电粒子在一维量子导线。
拓扑结构和未来的电子研究在新南威尔士大学
卡琳娜的主管亚历克斯•汉密尔顿教授和他们的一些同事,一颗药丸后静止不动地“接班人”。
这些研究人员利用一种新的材料被称为拓扑绝缘体创建电子通路目前可以流没有任何浪费能量耗散。它是物理学前沿。拓扑绝缘体的重要性被认可的2016年诺贝尔物理学奖。
dissipationless边缘状态的拓扑材料依靠一颗药丸后静止不动雷竞技苹果版地“继任者”,量子反常霍尔效应(QAHE)称为“异常”,因为它发生在没有任何应用的磁场。在拓扑雷竞技苹果版材料、侧向力是由旋轨道相互作用,电子的运动之间的相互作用及其固有磁矩。
亚历克斯和他的同事们进行的研究成员舰队,澳大利亚就中心使用拓扑材料开发新一代的超低能量电子产品。雷竞技苹果版
舰队(ARC卓越中心在未来的低能电子技术)是由需要减少能源使用信息技术和计算,已经占据了全球5%的电力。
亚历克斯·汉密尔顿与其他五个舰队在新南威尔士大学首席调查人员:Dimi Culcer,Oleh pokalchuk Klochan,1月大啤酒杯,奥列格Sushkov和纳贾Valanoor和其他20多个来自新南威尔士大学物理学院的研究人员和新南威尔士大学材料科学与工程学院的。
更多信息:
- 亚历克斯·汉密尔顿教授alex.hamilton@unsw.edu.au
- 伊莎贝尔Dubach新南威尔士大学科学媒体和内容管理器i.dubach@unsw.edu.au
- 舰队新南威尔士大学网站unsw.FLEET.org.au
- 社交媒体@FLEETCentre
- 埃罗尔·亨特舰队通信协调员,media@fleet.org.au
记笔记
Keshavi Charde(左)和葛丽塔佩吉特(右)在新南威尔士大学测量量子霍尔效应
物理:它是如何工作的
一个经典的解释使量子化霍尔效应颗药丸后静止不动地()。与感谢奥利维亚香港的动画和查尔斯·凯恩电子圈图。
图1所示。电子在导电材料的正常流动
图2一个应用磁场(B)电子转移到一边(这被称为洛伦兹力,也迫使权力每个电动机:简单地说,一个磁场作用于带电粒子引起的力的一面)。这迫使转移电荷的一方造成一个小电压差在材料的宽度,垂直于电流,称为霍尔电压。
图3在2 d材料中,一个非常强大的磁场(B)迫使电子在圈子里活动,所以没有有效的电流通过材料——因此,绝缘体的中心。
图4个电子被迫紧圈的内部材料使地区绝缘体(即没有净电荷运动)。唯一可能的运动是“半圈”沿着它的边缘,这是当前进行。
电子的运动约束两个维度是由波性质。这些电子绕着圈子形成驻波,只能是一个电子的德布罗意波长的整数倍数——这就是量子化来自使量子化霍尔效应。