Effet Hall quantique entier

Effet Hall quantique entier

L'effet Hall quantique entier est une version en mécanique quantique de l'effet Hall mis en évidence en 1980 par le physicien allemand Klaus von Klitzing[1]. Cette découverte a eu d'importantes applications dans le développement des semi-conducteurs et en métrologie, notamment dans la détermination de la constante de structure fine.

Sommaire

Description

L'effet Hall quantique apparaît dans un gaz d'électrons bi-dimensionnel soumis à une basse température et à un puissant champ magnétique. Sous ces conditions, la conductivité de Hall σ se calcule par :

\sigma = \nu \; \frac{e^2}{h},

où ν est une constante nommée « facteur de remplissage » qui prend des valeurs entières (1, 2, 3...), e est la charge élémentaire et h la constante de Planck. Cet effet peut être expliqué en s'appuyant sur le concept d'orbitales d'une seule particule (électron) dans un champ magnétique (voir quantification de Landau).

Cet effet peut aussi être expliqué par la résistance de Hall RH :

R_H = \frac{h}{n \cdot e^2}

où h est la constante de Planck, n est un entier naturel et e la charge de l'électron.

La constante RK[2] est appelé constante de von Klitzing :

R_K = \frac{h}{e^2}

Quelques années plus tard, Horst Störmer et Daniel Tsui ont découvert l'effet Hall quantique fractionnaire.

Notes et références

  1. ↑ (en) Personnel de rédaction, « The Nobel Prize in Physics 1985 », Fondation Nobel, 2010. Consulté le 23 juin 2010. « for the discovery of the quantized Hall effect »
  2. ↑ (en) Constante de von Klitzing d'après le CODATA

Annexes

Bibliographie

  • (en) Tsuneya Ando, « Theory of Hall Effect in a Two-Dimensional Electron System », dans J. Phys. Soc. Jpn., vol. 39, 1975, p. 279–288 [lien DOI] 
  • (en) K. von Klitzing, « New Method for High-Accuracy Determination of the Fine-Structure Constant Based on Quantized Hall Resistance », dans Phys. Rev. Lett., vol. 45, no 6, 1980, p. 494–497 [lien DOI] 
  • (en) R. B. Laughlin, « Quantized Hall conductivity in two dimensions », dans Phys. Rev. B., vol. 23, no 10, 1981, p. 5632–5633 [lien DOI] 
  • (en) D. R. Yennie, « Integral quantum Hall effect for nonspecialists », dans Rev. Mod. Phys., vol. 59, no 3, 1987, p. 781–824 [lien DOI] 
  • (en) D. Hsieh, « A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase », dans Nature, vol. 452, no 7190, 2008, p. 970–974 [lien DOI] 
  • (en) 25 years of Quantum Hall Effect, K. von Klitzing, Poincaré Seminar (Paris-2004). Postscript. Pdf.
  • (en) Quantum Hall Effect Observed at Room Temperature, Magnet Lab Press Release [1]
  • (en) J. E. Avron, D. Osacdhy and R. Seiler, Physics Today, August (2003)
  • Zyun F. Ezawa: Quantum Hall Effects - Field Theoretical Approach and Related Topics. World Scientific, Singapore 2008, ISBN 978-981-270-032-2
  • Sankar D. Sarma, Aron Pinczuk: Perspectives in Quantum Hall Effects. Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 978-0-471-11216-7
  • (en) A. Baumgartner et al.: Quantum Hall effect transition in scanning gate experiments, Phys. Rev. B 76, 085316 (2007), DOI:10.1103/PhysRevB.76.085316

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