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:
- Nasa: люди появится на марсе в середине 2030-х годов
- Errare dna est
- Аппараты nasa обнаружили голубое небо на плутоне и следы озер на марсе
- Наса испытало роторный экскаватор для марса
- Добавление пользователя в черный список
Подобранные по важим запросам, статьи по теме:
-
Всемогущее эхо: эффект допплера
Эффект Допплера в отыскивании новых миров Так в свое время делалась физика: это была экспериментальная проверка одного из занимательнейших физических…
-
Эксперимент, подтверждающий динамический эффект казимира, был впервые предложен в фиане
В мае несколько физиков из Технологического университета Чалмерса в Гётеборге (Швеция) представила экспериментальные эти, каковые смогут быть трактованы…
-
Nature: венгерские физики говорят об открытии пятой силы природы
В конце прошлого года Атилла Краснахоркаи (Attila Krasznahorkay) из Университета ядерной физики Венгерской академии наук в Дебрецене и его сотрудники…
-
Изучены свойства трехслойного графена, зависящие от типа укладки атомов
На примере трехслойного графена группа исследователей из америки продемонстрировала неожиданные электронные особенности материала, которые связаны с…
-
Композит из графена и углеродных нанотрубок позволяет запасать энергию
Группа исследователей из америки внесла предложение конструкцию нового суперконденсатора микроскопических размеров, электрохимические особенности…
-
Зачем современным физикам древнеримские свинцовые слитки?
Капитан громадного римского парусного торгового судна, возможно, был очень раздосадован, в то время, когда кинул якорь всего лишь в какой-нибудь миле от…