Eerste waarneming van het hall-effect in een Bose-Einstein-condensaat

Eerste waarneming van het hall-effect in een Bose-Einstein-condensaat

Anonim

door National Institute of Standards and Technology

Image

(Phys.org) - Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben voor het eerst het Hall-effect waargenomen in een gas van ultrakoude atomen. Het Hall-effect is een belangrijke interactie van magnetische velden en elektrische stroom die vaker wordt geassocieerd met metalen en halfgeleiders. Variaties op het Hall-effect worden overal in de techniek en fysica gebruikt met toepassingen variërend van auto-ontstekingssystemen tot fundamentele maatregelen voor elektriciteit. De nieuwe ontdekking zou wetenschappers kunnen helpen meer te weten te komen over de fysica van kwantumfenomenen zoals superfluiditeit en het quantum Hall-effect.

Hun paper verscheen 14 juni 2012 in de online versie van de Proceedings van de National Academy of Sciences.

Ontdekt in 1879 door Edwin Hall, is het Hall-effect het gemakkelijkst te visualiseren in een rechthoekige geleider zoals een koperen plaat wanneer een stroom langs zijn lengte stroomt. Een magnetisch veld dat onder een rechte hoek op de elektrische stroom (omlaag in de plaat) wordt aangelegd, buigt het pad van de ladingsdragers in de stroom (bijvoorbeeld elektronen) af door een kracht in de derde richting te induceren loodrecht op zowel het magnetische veld en de huidige stroom. Dit duwt de ladingsdragers naar een kant van de plaat en induceert een elektrisch potentiaal of "Hall-spanning". De Hall-spanning kan worden gebruikt om de verborgen interne eigenschappen van elektrische systemen te meten, zoals de concentratie van de stroomdragers en het teken van hun lading.

"Koude atoomsystemen zijn een geweldig platform voor het bestuderen van gecompliceerde fysica, omdat ze bijna geen onzichtbare onzuiverheden bevatten, de atomen veel langzamer bewegen dan elektronen in vaste stoffen en de systemen veel eenvoudiger zijn", zegt NIST-onderzoeker Lindsay LeBlanc. "De kunst is om de voorwaarden te scheppen waardoor de atomen zich op de juiste manier gedragen."

Het meten van het Hall-effect in een Bose-Einstein-condensaat bouwt voort op eerdere NIST-werkzaamheden die synthetische elektrische en magnetische velden genereren. Ten eerste gebruikt de groep lasers om de energie van de atomen aan hun momentum te binden, waardoor twee interne toestanden in een relatie worden geplaatst die een superpositie wordt genoemd. Hierdoor werken de elektrisch neutrale atomen alsof ze geladen deeltjes zijn. Met de wolk van ongeveer 20.000 atomen verzameld in een losse bal, variëren de onderzoekers vervolgens cyclisch de vangkracht - de atomen in de wolk samen duwen en ze uit elkaar trekken - om de beweging van ladingsdragers in een wisselstroom te simuleren. Als reactie beginnen de atomen te bewegen op een manier die wiskundig identiek is aan hoe geladen deeltjes die het Hall-effect ervaren zouden bewegen, dat wil zeggen loodrecht op zowel de richting van de "stroom" stroom als het kunstmatige magnetische veld.

Volgens LeBlanc biedt het meten van het Hall-effect een ander hulpmiddel voor het bestuderen van de fysica van superfluïditeit, een op kwantum gebaseerde toestand op lage temperatuur waarbij vloeistoffen zonder wrijving stromen, evenals het zogenaamde quantum Hall-effect, waarbij de verhouding van de Hall-spanning en de stroom door het materiaal wordt gekwantificeerd, waardoor fundamentele constanten kunnen worden bepaald.