Физики обосновали спасение килограмма с использованием эффекта холла и графена

      Комментарии к записи Физики обосновали спасение килограмма с использованием эффекта холла и графена отключены

Физики обосновали спасение килограмма с использованием эффекта холла и графена

Cистема единиц СИ стоит на пороге самой важной правки за последние полвека. Но дабы такая правка случилась, нужно убедиться, что предлагаемые трансформации предельно корректны с позиций науки.

Учёные из Англии, Швеции и Франции выполнили самое правильное измерение целочисленного квантового результата Холла в разнородных материалах, включая таковой экзотический, как графен.

Исследователи продемонстрировали, что этот эффект способен являться базой для нового определения килограмма.

Физики в далеком прошлом говорят, что эталон килограмма нужно выручать. Сделанный из иридия и платины цилиндрик, что хранится в Париже в Интернациональном бюро мер и весов (BIPM), за последние 60 лет похудел на какие-то доли микрограмма (что было распознано сравнением эталона со множеством его более поздних копий).

С бытовой точки зрения это практически невесомая утрата, но для науки таковой ущерб совсем не приемлем: на эталон опирается через чур много узких опытов, пробующих раскрыть базы мироздания. В случае если килограмм «поплывёт», упадёт и множество измерений фундаментальных констант.

Потому учёные в далеком прошлом пробуют заменить килограмм каким-то универсальным определением, от материальных гирь не зависящим.

Как это было сделано с метром, привязанным к скорости света в секунде и вакууме (которую, со своей стороны, выяснили через параметры излучения атома цезия-133).

Один из предлагаемых подходов — выведение эталонного килограмма c помощью инструмента ватт-баланс (watt balance).

Данный прибор сравнивает вес объекта с электромагнитными силами (через напряжения и прецизионное измерение тока).

Но таковой эталон будет трудиться, лишь в случае если квантованные значения сопротивления Холла никак не зависят от испытываемых материалов, а определяются только соотношением постоянной Планка и квадрата заряда электрона (h/e2).

Напомним, простой результата Холла содержится в происхождении напряжения на противоположных сторонах страницы проводника, по которому идёт ток и перпендикулярно которому приложено магнитное поле.

Квантовый эффект Холла появляется при низких температурах в столь узких страницах, что в них электроны начинают перемещаться в одной плоскости (появляется двумерный электронный газ).

Все прошлые испытания говорили о том, что квантованное сопротивление Холла вправду от выбора материала не зависит. Но оставалось сомнение: может, в руки учёных попадали не хватает разнородные вещества?

Сейчас несколько экспериментаторов из английской Национальной физической лаборатории (NPL) при помощи сотрудников из Швеции и Франции выполнила первое прямое сравнение сопротивления Холла в графене и полупроводнике арсениде галлия.

Учёные не измеряли параметры этих материалов попеременно, а выстроили установку так, что при мельчайшей разнице в сопротивлениях двух образцов на тестовых контактах появлялся бы ток. Но его распознать не удалось.

Квантованные сопротивления двух материалов были равны с неопределённостью 8,6 ? 10–11, заключили авторы опыта. (Его подробности возможно определить из статьи-релиза и пресс лаборатории в New Journal of Physics).

Принципиально важно, что для результата Холла арсенид галлия и графен являются принципиально разные материалы. В первом электроны проводимости ведут себя как частицы с массой, а во втором уподобляются безмассовым фотонам.

Всё это указывает, что в пределах сегодняшних возможностей опыта мы в полной мере можем положиться в определении килограмма на ватт-баланс, графен и электрические мировые константы. (Заодно через h и e должно быть пересмотрено и определение единицы силы тока – ампера, напоминают учёные).

Разные другие методы определения эталонного килограмма будут обсуждаться на нынешней семь дней в Париже на 24-й Главной конференции по весам и мерам (CGPM).

Данные исследований размещены в статье:

*T J B M Janssen, N E Fletcher, R Goebel, J M Williams, A Tzalenchuk, R Yakimova, S Kubatkin, S Lara-Avila and V I Falko Graphene, universality of the quantum Hall effect and redefinition of the SI system. – New Journal of Physics. – 09. 2011. – V.13. – 093026 doi:10.1088/1367–2630/13/9/093026.

Электродинамика | эффект Холла


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: