電子「ハイウェイ」の「事故」に​​より、コンピューターの速度が上がり、携帯電話の電力効率が向上します。

ホール効果？かっこいいように聞こえますが、実はとても簡単です。

スケートボードに乗っているところを想像してください。全力で前に滑っているときに、突然横風が吹くと、少し横に吹き飛ばされてしまいます。これは動きの方向に影響を与える力です。

エレクトロニクスの世界には、ホール効果として知られる同様の現象があります。

ホール効果とは何ですか?

簡単に言えば、ホール効果とは、一群の電子が電線上を一列に並んで移動しているときに、突然磁場が発生すると、横風で曲がったスケートボードのように、これらの電子が磁場の力によって片側に押しやられることを意味します。

たとえ話として、電線が高速道路で電子が車だと想像してください。これらの車が高速道路を高速で走行しているとき、突然磁場が発生すると、高速道路が突然坂道になったかのようになり、車は「坂道」の力によって横に押しやられることになります。
量子ホール効果は、量子力学の分野におけるホール効果の拡張です。低温かつ強い磁場下にある二次元電子系を電子が通過すると、ホール抵抗は階段状の量子化現象を示します。ホール抵抗が特定の量子値に達すると、導体の抵抗は消え、電流は導体の端にのみ流れます。

量子異常ホール効果は量子ホール効果の特殊な形態です。強い磁場を必要とする量子ホール効果とは異なり、量子異常ホール効果は外部磁場がなくても発生します。この現象はトポロジカル絶縁体材料で発見されました。

トポロジカル絶縁体は、表面では電気を伝導し、内部は絶縁する特殊な電子構造を持つ材料です。この材料を強磁性材料と組み合わせると、低温で量子異常ホール効果が観測されます。

薛其坤院士は量子異常ホール効果の初の実験的観測により、2024年に国家最高科学技術賞を受賞した。

こうした「高級」なものは何の役に立つのでしょうか?

実際、それらは私たちの生活に非常に重要な影響を及ぼします。

より高速なコンピューター: 量子ホール効果により、より小型で高速なチップを製造できるようになり、コンピューターの動作が高速化します。

より電力効率の高い携帯電話: 量子異常ホール効果により、より電力効率の高い電子機器を開発し、携帯電話の寿命を延ばすことができます。

より正確な測定: 量子ホール効果を利用すると、極めて正確な測定機器を作成でき、科学者が微視的な世界を探索するのに役立ちます。

出典：重慶ラジオ科学普及体験センター

監査専門家：楊耀輝

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