Lần đầu tiên quan sát thấy hiệu ứng Hall ở một ngưng tụ Bose-Einstein

Các nhà nghiên cứu ở Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mĩ vừa lần đầu tiên quan sát thấy hiệu ứng Hall ở một chất khí gồm những nguyên tử cực lạnh. Hiệu ứng Hall là một tương tác quan trọng của từ trường và dòng điện thường xảy ra với kim loại và chất bán dẫn. Các biến tấu của hiệu ứng Hall đã được sử dụng trong kĩ thuật và trong vật lí với các ứng dụng đa dạng từ những hệ thống đánh lửa tự động cho đến những phép đo cơ bản của điện học. Khám phá mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ sở vật lí của các hiện tượng lượng tử ví dụ như sự siêu chảy và hiệu ứng Hall lượng tử.

Bài báo của họ công bố trên số ra trực tuyến ngày 14 tháng 6, 2012, của tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Được Edwin Hall phát hiện ra vào năm 1879, hiệu ứng Hall dễ hình dung nhất ở một chất dẫn điện hình chữ nhật như một tấm đồng khi có một dòng điện chạy dọc theo chiều dài của nó. Một từ trường đặt vuông góc với dòng điện (vuông góc với tấm đồng) làm lệch đường đi của các hạt mang điện trong dòng điện (electron chẳng hạn) bằng cách gây cảm ứng một lực theo chiều hứ ba vuông góc với cả từ trường và dòng điện. Lực này đẩy các hạt mang điện về một phía của tấm kim loại và gây ra một điện thế, hay “hiệu điện thế Hall”. Hiệu điện thế Hall có thể dùng để đo những tính chất tiềm ẩn bên trong các các hệ thống điện, ví dụ như nồng độ hạt mang điện và dấu điện tích của chúng.

“Các hệ nguyên tử lạnh là một nền tảng quan trọng để nghiên cứu nền vật lí phức tạp vì chúng gần như không có tạp chất gây cản trở, các nguyên tử chuyển động chậm hơn nhiều so với các electron trong chất rắn, và các hệ cũng đơn giản hơn nhiều,” phát biểu của nhà nghiên cứu NIST Lindsay LeBlanc. “Thủ thuật là tạo dựng những điều kiện sẽ khiến các nguyên tử hành xử theo kiểu thích hợp.”

Ảnh: NIST
 

Với đám mây gồm khoảng 20.000 nguyên tử tập trung thành một quả cầu loãng, sau đó các nhà nghiên cứu cho lực bắt giữ biến thiên tuần hoàn – đẩy các nguyên tử trong đám mây lại với nhau và rồi hút chúng ra xa – để mô phỏng chuyển động của các hạt mang điện trong một dòng xoay chiều. Đáp lại, các nguyên tử bắt đầu chuyển động theo kiểu giống hệt về mặt toán học với cách các hạt tích điện chịu hiệu ứng Hall sẽ chuyển động, tức là vuông góc với cả chiều của dòng “điện” và từ trường nhân tạo. Ảnh: NIST

Việc đo hiệu ứng Hall ở một ngưng tụ Bose-Einstein xây dựng dựa trên công trình NIST trước đây tạo ra điện trường và từ trường nhân tạo. Trước tiên, nhóm nghiên cứu sử dụng laser buộc năng lượng của các nguyên tử với xung lượng của chúng, đưa hai trạng thái nội vào một liên hệ gọi là sự chồng chất. Việc này làm cho các nguyên tử trung hòa điện tác dụng như thể chúng là những hạt tích điện. Với đám mây gồm khoảng 20.000 nguyên tử tập trung thành một quả cầu loãng, sau đó các nhà nghiên cứu cho lực bắt giữ biến thiên tuần hoàn – đẩy các nguyên tử trong đám mây lại với nhau và rồi hút chúng ra xa – để mô phỏng chuyển động của các hạt mang điện trong một dòng xoay chiều. Đáp lại, các nguyên tử bắt đầu chuyển động theo kiểu giống hệt về mặt toán học với cách các hạt tích điện chịu hiệu ứng Hall sẽ chuyển động, tức là vuông góc với cả chiều của dòng “điện” và từ trường nhân tạo.

Theo LeBlanc, việc đo hiệu ứng Hall đó mang lại một công cụ nữa dành cho nghiên cứu cơ sở vật lí của sự siêu chảy, một điều kiện lượng tử nhiệt độ thấp trong đó các chất lỏng chảy mà không có ma sát, cũng như cái gọi là hiệu ứng Hall lượng tử, trong đó tỉ số của hiệu điện thế Hall và dòng điện chạy qua chất liệu bị lượng tử hóa, cho phép xác định các hằng số cơ bản.

Tham khảo: L.J. LeBlanc, K. Jimenez-Garcia, R.A. Williams, M.C. Beeler, A.R. Perry, W.D. Phillips and I.B. Spielman. Observation of a superfluid Hall effect. Proceedings of the National Academy of Science. Published online before print June 14, 2012, doi: 10.1073/pnas.1202579109

123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: NIST

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vũ trụ có nhiều gã khổng lồ hơn chúng ta nghĩ
18/01/2018
Vũ trụ có thể chứa nhiều sao khổng lồ hơn chúng ta vẫn nghĩ. Một bộ phận của Đám mây Magellan Lớn, một thiên hà láng
Nước chậm đông được làm lạnh đến nhiệt độ thấp kỉ lục
16/01/2018
Lần đầu tiên nhiệt độ của nước lỏng chậm đông được đo chính xác đến dưới –40°C. Các nhà nghiên cứu, đứng đầu
Ánh sáng có thật sự kết hợp trở lại sau khi truyền qua hai lăng kính hay không?
15/01/2018
TÓM TẮT. Chúng tôi trình bày một bố trí thí nghiệm đơn giản và rẻ tiền chứng minh rõ ràng các màu của ánh sáng trắng sau
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 4)
12/01/2018
Nhiệt động lực học và entropy Ngoài việc khám phá lực điện từ, nghiên cứu năng lượng ở dạng nhiệt còn đưa đến một
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 3)
12/01/2018
Lực điện từ Nếu ánh sáng thật sự là sóng, thì có vẻ hợp lí thôi nếu ta hỏi: chính xác thì cái gì đang dao động như
Năng lượng tối là gì?
10/01/2018
Trong phần này, đầu óc của bạn bùng nổ bởi vũ trụ đang dãn nở của chúng ta Có lẽ bạn đang choáng váng trước thực tế
Hiệu ứng Hall lượng tử 4D trong phòng thí nghiệm
10/01/2018
Tính chất của một vật liệu 4D giả thuyết đã được mô phỏng trong các thí nghiệm của hai đội vật lí quốc tế. Một đội
Nước chậm đông có thể tồn tại ở hai pha lỏng
07/01/2018
Nước có thể tồn tại ở hai pha lỏng với khối lượng riêng khác nhau. Đó là kết luận của các nhà nghiên cứu ở Thụy
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com