Efecto Hall cuántico fraccionario
El efecto Hall cuántico fraccionario (EHCF) es un fenómeno físico en el que la conductancia Hall de electrones 2D muestra precisamente mesetas cuantificadas en valores fraccionarios de . Es propiedad de un estado colectivo en que los electrones enlazan las líneas de flujo magnético con nuevas cuasipartículas, y las excitaciones tienen una carga elemental fraccionaria y posiblemente también estadística fraccional.
El EHCF fue descubierto experimentalmente en 1982 por Daniel C. Tsui y Horst Störmer, en experimentos realizados en heteroestructuras de arseniuro de galio desarrolladas por Arthur Stone Gossard. Robert B. Laughlin, Tsui y Störmer fueron galardonados con el Premio Nobel de física de 1998 por el descubrimiento y la explicación del EHCF.
El EHCF es un comportamiento colectivo en algún sistema bidimensional de electrones. En campos magnéticos particulares, el gas de electrones se condensa en un notable estado líquido, que es muy delicado, pues requiere de material de alta calidad con una concentración baja de portadores de carga y las temperaturas extremadamente bajas. Como en el efecto Hall cuántico entero, una serie de mesetas forman la resistencia de Hall. Cada valor particular del campo magnético corresponde a un factor de relleno (la proporción de electrones a cuantos de flujo magnético):
donde p y q son números enteros sin factores comunes. Aquí q resulta para ser un número impar, con la excepción de dos factores de llenado 5/2 y 7/2. Las series principales de esas fracciones son:
y
Se dieron varios pasos importantes en la teoría EHCF.
El EHCF fue descubierto experimentalmente en 1982 por Daniel C. Tsui y Horst Störmer, en experimentos realizados en heteroestructuras de arseniuro de galio desarrolladas por Arthur Stone Gossard. Laughlin, Tsui y Störmer fueron galardonados con el Premio Nobel de 1998 por su trabajo.
Las cuasipartículas cargadas fraccionariamente no son ni bosones ni fermiones, y exhiben estadísticas axiónicas. El efecto Hall cuántico sigue siendo influyente en las teorías sobre el orden topológico. Ciertas fases de Hall cuántico parecen tener las propiedades adecuadas para construir un ordenador cuántico topológico.
Los Experimentos han dado resultados que apoyan específicamente el entendimiento que sí hay cuasipartículas cargadas fraccionalmente en un gas de electrones en condiciones EHCF.
En 1995, se midió la carga fraccional de cuasipartículas Laughlin directamente en un electrómetro antipunto cuántico en la Universidad de Stony Brook, Nueva York. En 1997, dos grupos de físicos del Instituto Weizmann de Ciencias en Rejovot, Israel y en el laboratorio Commissariat à l'énergie atomique cerca de París, detecta estas cuasipartículas que llevan una corriente eléctrica, a través de la medición ruido de disparo cuántico. Estos experimentos son algo controvertidos.
Un experimento más reciente (2004), que mide la carga de cuasipartícula muy directamente, aparece irreprochable.
El EHCF muestra los límites de la teoría de simetría rota de Landau. Previamente, durante mucho tiempo, se creyó que la teoría de simetría rota, podría explicar todos los conceptos importantes y propiedades esenciales de todas las formas de la materia. Según este punto de vista, lo único que hacer es aplicar la teoría de simetría rota, a todos los diferentes tipos de fases y transiciones de fase. Desde esta perspectiva, podemos entender la importancia del EHCF descubierto por Tsui, Stormer y Stone Gossard.
Diferentes estados HCF tienen la misma simetría y no pueden ser descrito por la teoría de simetría rota. Por lo tanto los estados HCF representan nuevos estados de la materia que contienen un nuevo tipo de orden: orden topológico. La existencia de líquidos HCF indica que existe todo un mundo nuevo, más allá del paradigma de la simetría rota, que espera ser explorado. El efecto HCF abrió un nuevo capítulo en la física de materia condensada. El nuevo tipo de órdenes representado por estados HCF enriquecen enormemente nuestro comprensión de las fases de cuanto y de las transiciones de fase cuántica. La carga fraccionada asociada, estadísticas fraccionales, estadísticas no abelianas, estados de borde quiral, etc. demuestran el poder y la fascinación de emergencia en sistemas de muchos cuerpos.