เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย มาตรฐานความต้านทานไฟฟ้าอาจได้รับคำจำกัดความควอนตัมที่แก้ไขแล้ว

เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย นักวิจัยในญี่ปุ่นได้เสนอวิธีใหม่ในการกำหนดหน่วยมาตรฐานของความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง ข้อเสนอใหม่ซึ่งจะสร้างมาตรฐานโดยอิงจากเอฟเฟกต์ฮอลล์ผิดปกติของควอนตัมแทนที่จะเป็นเอฟเฟกต์ฮอลล์ควอนตัมธรรมดา จะทำให้อุปกรณ์ทดลองง่ายขึ้นมากซึ่งจำเป็นในการวัดความต้านทานควอนตัมเดียว

ความต้านทานไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่แสดง

ถึงปริมาณของวัสดุที่ต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (Ω) และตั้งแต่ปี 2019 เมื่อหน่วยพื้นฐานของระบบสากลของหน่วย (SI) ได้รับการแก้ไขล่าสุด โอห์มได้ถูกกำหนดไว้ในแง่ของค่าคงที่ von Klitzing h / e 2โดยที่hและeคือค่าคงที่พลังค์และประจุของอิเล็กตรอนตามลำดับ

ในการวัดความต้านทานนี้ด้วยความแม่นยำสูง นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าค่าคงที่ von Klitzing นั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณในความต้านทานแบบฮอลล์ของระบบอิเล็กตรอนแบบสองมิติ (เช่น ที่เกิดขึ้นในโครงสร้างเฮเทอโรของเซมิคอนดักเตอร์) ต่อหน้า สนามแม่เหล็กแรงสูง การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเชิงปริมาณนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ (QHE) และในวัสดุเช่น GaAs หรือ AlGaAs จะปรากฏที่ทุ่งประมาณ 10 เทสลา อย่างไรก็ตาม การสร้างสนามสูงดังกล่าวมักต้องใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวด และสนามเร่ร่อนที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กดังกล่าวทำให้เป็นเรื่องยากที่จะรวมมาตรฐานความต้านทานแบบ QHE เข้ากับมาตรฐานแรงดันไฟฟ้า (ซึ่งอิงจากปรากฏการณ์แยกต่างหากที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ AC Josephson) .

ไม่ต้องใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดทีมงานที่นำโดยYuma Okazakiจากสถาบัน National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)ใน Tsukuba ร่วมกับMinoru KawamuraจากRIKENใน Wako และเพื่อนร่วมงานที่ AIST, RIKEN University of Tokyo และ Tohoku University ใน Sendai ได้แสดงให้เห็นแล้ว 

การวัดค่าความต้านทานเชิงปริมาณที่มีความแม่นยำสูง

โดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด นักวิจัยทำสิ่งนี้โดยพิจารณาจากผลควอนตัมผิดปกติฮอลล์ (QHAE) ซึ่งเป็นตัวแปรของ QHE ที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์การขนส่งอิเล็กตรอนที่เพิ่งระบุในตระกูลวัสดุที่เรียกว่าฉนวนโทโพโลยีแบบเฟอร์โรแมกเนติก

เนื่องจาก QAHE แสดงให้เห็นตัวเองว่าเป็นการหาปริมาณความต้านทานของวัสดุแม้ในสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอ (หรือเป็นศูนย์จริง ๆ ) เนื่องจากการทำให้เป็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเอง ทีมงานจึงสามารถได้รับการวัดที่มีความแม่นยำสูงของการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของความต้านทานโดยใช้เพียงเล็กน้อยที่มีจำหน่ายในท้องตลาด แม่เหล็กถาวร. ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในNature Physicsนักวิจัยรายงานว่าพวกเขาวัดความต้านทาน Hall เชิงปริมาณที่มีความแม่นยำ10 −8  Ω -1 สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับรายงานก่อนหน้านี้ซึ่งความไม่แน่นอนในการวัดมีมากกว่าสองสามส่วนใน 10 7ซึ่งไม่ถูกต้องเพียงพอสำหรับการวัดตาม QAHE เพื่อใช้เป็นมาตรฐานความต้านทานหลัก

ก้าวสำคัญ

“ผลของเราถือเป็นก้าวที่สำคัญต่อมาตรฐานความต้านทานควอนตัมที่ปราศจากตัวนำยิ่งยวดของตัวนำยิ่งยวด” Okazaki ผู้เขียนนำของการศึกษากล่าว เขาอธิบายว่ากุญแจสำคัญในการได้รับการวัดที่มีความแม่นยำสูงเช่นนี้คือการเพิ่มขึ้นของกระแสวิกฤตที่ QAHE พังทลายลง กระแสนี้เป็นขอบเขตบนของกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการรักษาความต้านทานเชิงปริมาณ และการศึกษาก่อนหน้านี้ของ QAHE เปิดเผยว่าขึ้นอยู่กับคุณภาพของฟิล์มฉนวนทอพอโลยีแบบเฟอร์โรแมกเนติก “เพื่อปรับปรุงคุณภาพ เราได้ปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับคุณภาพของฟิล์ม เช่น องค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิที่เติบโต” Okazaki กล่าว “ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้รับกระแสวิกฤตประมาณ 1 ไมโครแอมป์ ซึ่งสูงกว่าค่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้หนึ่งหรือสองลำดับความสำคัญ”

นิยามใหม่ของกิโลกรัมมีผลบังคับใช้แล้ว

นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าในอุปกรณ์ปัจจุบันของพวกเขา พวกเขาสามารถสังเกต QAHE ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.1 K เท่านั้น พวกเขารับทราบว่าสิ่งนี้อยู่ไกลจากอุดมคติ เนื่องจากการบรรลุอุณหภูมิการทำงานที่ต่ำเช่นนี้ต้องใช้ระบบแช่แข็งที่มีราคาแพง เช่น3 He/ 4 He ตู้เย็นเจือจาง การเพิ่มค่านี้ให้สูงกว่า 0.3 K จะเป็นประโยชน์ Okazaki กล่าว เนื่องจากสามารถรับอุณหภูมิดังกล่าวได้ด้วย ตู้เย็นระบบดูดซับ 3 He ที่มีขนาดกะทัดรัดและราคาประหยัดกว่า การปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติมของสภาวะการเจริญเติบโตของฟิล์มฉนวนโทโพโลยีแบบเฟอร์โรแมกเนติก ตลอดจนการใช้วัสดุที่เป็นโฮสต์อื่นๆ อาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นได้ เขากล่าว

สำหรับปฏิกิริยาเคมีใดๆ ปริมาณสองค่ามักจะเป็นที่สนใจ: ปฏิกิริยาดำเนินไปเร็วแค่ไหน – แสดงเป็นอัตราการเกิดปฏิกิริยา – และสมดุลพลังงานอิสระซึ่งกำหนดทิศทางของปฏิกิริยา แม้ว่าโดยทั่วไปจะไม่ใช่พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกัน แต่ทฤษฎี Marcusคาดการณ์ว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสองโมเลกุลจะเร็วขึ้นหากมันมีความเอื้ออาทรมากกว่า (ยกเว้นในส่วนที่เรียกว่าภูมิภาค Marcus “กลับด้าน”) อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์นี้ไม่ชัดเจนในข้อมูลที่มีอยู่ซึ่งอธิบายการขนส่งอิเล็กตรอนสองตัวจาก EES ไปยังเหล็ก

ความลังเลใจนี้กระตุ้นให้ทีมสวิสทำการทดลอง การเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาสามารถพบได้ในทางคณิตศาสตร์โดยการลบศักยภาพการลดลงของโมเลกุลที่เข้าร่วม “ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของเราคือการหาค่าที่เชื่อถือได้สำหรับศักยภาพในการลดมาตรฐานของ EES” Meret Aeppli ผู้เขียนคนแรก (ปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด) อธิบาย “ค่าเหล่านี้ขาดไม่ได้สำหรับการคำนวณพลังงานฟรีของกิ๊บส์” เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย