Hingga saat ini, efek Quantum Anomalous Hall medan magnet nol hanya terjadi pada arus yang sangat rendah. Perangkat ini dapat mengubahnya. Kredit: Fijalkowski/JMU
Para peneliti di Universitas Würzburg telah mengembangkan metode yang dapat meningkatkan kinerja standar resistensi kuantum. Ini didasarkan pada fenomena kuantum yang disebut efek Quantum Anomalous Hall.
Pengukuran hambatan listrik yang tepat sangat penting dalam produksi industri elektronik – misalnya, dalam pembuatan sensor berteknologi tinggi, microchip, dan kontrol penerbangan. “Pengukuran yang sangat tepat sangat penting di sini, karena penyimpangan terkecil sekalipun dapat mempengaruhi sistem kompleks ini secara signifikan,” jelas Profesor Charles Gould, fisikawan di Institute for Topological Insulators di Universitas Würzburg (JMU).
“Dengan metode pengukuran baru kami, kami dapat meningkatkan kualitas secara signifikan ketepatan pengukuran resistansi, tanpa medan magnet eksternal, menggunakan Quantum Anomalous Hall Effect (QAHE).”
Bagaimana Metode Baru Bekerja
Banyak orang mungkin mengingat efek Hall klasik dari pelajaran fisika mereka: Ketika arus mengalir melalui sebuah konduktor dan terkena medan magnet, tegangan tercipta – yang disebut tegangan Hall. Resistansi Hall, diperoleh dengan membagi tegangan ini dengan arus, meningkat seiring dengan meningkatnya kekuatan medan magnet. Pada lapisan tipis dan pada medan magnet yang cukup besar, hambatan ini mulai berkembang secara bertahap dengan nilai yang tepat h/ne2, dimana h adalah konstanta Planck, e adalah muatan dasar, dan n adalah bilangan bulat. Hal ini dikenal sebagai Efek Aula Kuantum karena resistansi hanya bergantung pada konstanta fundamental (h dan e), yang menjadikannya resistor standar ideal.
Fitur khusus QAHE adalah memungkinkan efek Hall kuantum ada pada medan magnet nol. “Operasi tanpa adanya medan magnet luar tidak hanya menyederhanakan eksperimen, tetapi juga memberikan keuntungan dalam menentukan besaran fisika lain: kilogram. Untuk menentukan satu kilogram, kita harus mengukur hambatan listrik dan voltase pada saat yang bersamaan,” kata Gould “tetapi mengukur voltase hanya dapat dilakukan tanpa medan magnet, sehingga QAHE ideal untuk hal ini.”
Sejauh ini, QAHE diukur hanya pada arus yang terlalu rendah untuk penggunaan metrologi praktis. Alasannya adalah medan listrik yang mengganggu QAHE pada arus yang lebih tinggi. Fisikawan Würzburg kini telah mengembangkan solusi untuk masalah ini. “Kami menetralkan medan listrik menggunakan dua arus terpisah dalam geometri yang kami sebut perangkat Corbino multi-terminal,” jelas Gould. “Dengan trik baru ini, resistansi tetap terkuantisasi menjadi h/e2 hingga arus yang lebih besar, menjadikan standar resistansi berdasarkan QAHE lebih kuat.”
Dalam Perjalanan menuju Penerapan Praktis
Dalam studi kelayakannya, para peneliti mampu menunjukkan bahwa metode pengukuran baru bekerja pada tingkat presisi yang ditawarkan oleh teknik dasar dc. Tujuan mereka selanjutnya adalah menguji kelayakan metode ini dengan menggunakan alat metrologi yang lebih tepat. Untuk mencapai tujuan ini, kelompok Würzburg bekerja sama dengan Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Institut Metrologi Nasional Jerman, PTB), yang berspesialisasi dalam pengukuran metrologi ultra-presisi semacam ini.
Gould juga mencatat: “Metode ini tidak terbatas pada QAHE. Mengingat bahwa Efek Quantum Hall konvensional mengalami keterbatasan yang didorong oleh medan listrik serupa pada arus yang cukup besar, metode ini juga dapat meningkatkan standar metrologi canggih yang ada, untuk aplikasi yang memerlukan arus yang lebih besar.”
Referensi: “Resistor Hall kuantum seimbang” oleh Kajetan M. Fijalkowski, Nan Liu, Martin Klement, Steffen Schreyeck, Karl Brunner, Charles Gould dan Laurens W. Molenkamp, 15 April 2024, Elektronik Alam.
DOI: 10.1038/s41928-024-01156-6
Penelitian ini didanai oleh Free State of Bavaria, German Research Foundation DFG, Cluster of Excellence ct.qmat (Kompleksitas dan Topologi dalam Materi Kuantum) dan Komisi Eropa.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
