비정상 홀 효과의 양자화

전문가 제언

○ 홀 효과(Hall effect)는 반도체에 전류가 흐를 때 강한 자기장이 전장방향에 대하여 수직으로 작용하면 로렌츠 힘에 의하여 횡방향으로 전장이 생기는데 이때 생긴 전위차가 바로 홀 전압이다. 이 홀 전압이 생기는 것이 홀 효과다. 홀 전압에 의한 홀 이동도가 구해지고 홀 이동도가 반도체 내의 전하이동을 결정한다. 홀 효과는 1879년 Johns Hopkins 대학의 Edwin Herbart Hall이 박사학위 과정 중에 최초로 발견했다.

 

○ 1980년 von Klitzing은 Si-MOSFET의 게이트 전압을 조정해서 강한 자장(B=19T) 속에서 홀 저항을 측정했는데 (n은 정수)로 양자화 됨을 발견했다. 이를 양자 홀 효과(QHE: Quantum Hall Effect)로 부른다. 이 값은 Si-MOSFET나 GaAs 헤테로 구조에서나 정확하게 25812.807Ω(10-8 정확도)이었다. 1990년부터는 이 값을 저항의 도량형 표준값으로 규정하였다.

 

○ 스탠퍼드 대학의 A. J. Bestwick 연구그룹이 PRL 114(18) 2015년 최근호에 강자성체로 도핑된 3차원 위상절연체의 얇은 막이 자기장이 거의 작용하지 않은 상태에서 오차범위 내에서 홀 저항이 정확하게 양자화 되었으며 종축면 저항값이 1Ω/square이며 비국제 측정에 의해 키랄 에지(chiral edge) 전하수송 현상을 보고하였다. 자기장이 작용하지 않은 상태에서 홀 전도도 양자화 현상이 비정상 양자 홀 효과(QAHE: Quantum Anomalous Hall Effect)이다.

 

○ 국내에서 양자 홀 효과 연구는 서울대, 고려대, 연세대, 포항공대, 울산대와 표준과학원 등 대학과 연구소에서 대부분 수행되고 있다. 카이스트 전 총장 Laughlin 박사가 1998년 분수양자 홀 효과로 노벨 물리학상을 받았다. 20세기에 양자 홀 효과로 두 번의 노벨상이 수여되었고, 홀 효과와 관련된 양자유체까지 합하면 7번에 걸쳐 13명의 과학자가 노벨상을 수상하였다. 탄탄한 기초과학의 토대 위에서 창조과학의 꽃이 피고 열매 맺어지기를 기대한다.

 

저자

A. J. Bestwick, et al.

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

기초과학

연도

2015

권(호)

114(18)

잡지명

Physical Review Letters

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

18720101~18720105

분석자

윤*중

분석물

• 비정상 홀 효과의 양자화.pdf [475,506 byte]

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