量子反常霍尔效应节电原理?
能量优化节电技术,是以三次获得诺贝尔物理学奖的霍尔效应研发而成。这项节电技术的原理,是通过微粒子和量子的有机结合,在能量场作用下,激活量子发生反常霍尔效应。
反常霍尔效应,与普通的霍尔效应在本质上完全不同,因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转。反常霍尔电导则是由于材料本身的自发磁化而产生,是一类新的重要物理效应。
在涂上能量涂层以后,可在1米范围的量子作用能量场内,使无序的运动电子变成有序的运动电子,达到以下效果:
降低路损线损、降低谐波危害
提高整个输变电过程的有功功率和功率因数
达到节能省电、保护用电设备的功效
什么是量子反常霍尔效应?
量子霍尔效应,于1980年被德国科学家发现,是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一。它的 应用前景非常广泛。
我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,“这就好比一辆高级跑车,常态下是在拥挤的农贸市场上前进,而在量子霍尔效应下,则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”
然而,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,“相当于外加10个计算机大的磁铁,这不但体积庞大,而且价格昂贵,不适合个人电脑和便携式计算机。”而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。
在凝聚态物理领域,量子霍尔效应研究是一个非常重要的研究方向。量子反常霍尔效应不同于量子霍尔效应,它不依赖于强磁场而由材料本身的自发磁化产生。在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。
自1988年开始,就不断有理论物理学家提出各种方案,然而在实验上没有取得任何进展。
有人说反常霍尔效应是导体内部绝缘,周边低阻导电的现象,有些人却与量子扯上关系,这是怎么回事?
谢邀。外加垂直磁场,可激发半导体的霍尔效应。若赋予强磁场则获得显著霍尔效应,此称反常霍尔效应。
若通过掺杂工艺调整半导体的电子能带结构,赋予超低温超导条件,产生所谓的自发磁场,可显著降低霍尔电阻而改善微电子电路的浪涌或热损弊端。
所谓的量子霍尔效应,只是一种说法。本来,只要电子载流子在运动,就必然会激发霍尔磁场中的场介质产生光量子,作为传递电磁作用力的载体,即“电磁信号交换的工质”。简言之,光量子=工质,普通霍尔效应也是如此。
如果试图利用“1个光量子”的n个态函数作为量子计算的“n个信息单元”,这是徒劳的。
理由是:某光量子的态函数是唯一确定的,虽然,可用n个特征变量(如角动量、波长、频率、矢径)异曲同工来表示“唯1个独立态”。但是,这些特征变量不存在叠加态,即,不存在“n个独立态”。
这与电子计算机用“0&1”或“断&通”的两个“独立态”作为信息单元,是截然不同的。
可这样类比。假设,潘金莲的独立态是一个光量子的态函数,潘金莲的特征变量:a基因序列、b指纹特征、c人脸标识,可以分别等效代换代表潘金莲的独立态,abc既不是三个独立态,也不存在叠加的独立态。
总之,不管清华大学专家们发明了什么量子反常霍尔元件,想改善电子计算机的电路环境,没毛病。但是想要搞量子计算机,不可能。
什么是反常霍尔效应?
反常霍尔效应也是由霍尔发现了。事实上,众多带霍尔的各种效应中(比如量子霍尔效应,热霍尔效应,自旋霍尔效应,量子自旋霍尔效应等等),只有两种效应是霍尔本人发现的,那就是正常霍尔效应和反常霍尔效应。
物理学家埃德温·霍尔
1879年,霍尔发现,当给一块导体加一个z方向的磁场,在x方向加一个电流时,样品横向,即y方向便会产生一个电压,这个电压就是霍尔电压,对应的效应就是正常霍尔效应。仅仅两年之后,霍尔报道了对铁磁性金属(铁)的霍尔效应研究结果,发现铁的霍尔效应比正常无磁金属的霍尔效应大了十几倍,这就是著名的反常霍尔效应。
金属镍的反常霍尔效应
这两种效应,即正常霍尔效应和反常霍尔效应在物理学史上占有很重要的地位。我们都会正常霍尔效应很熟悉了,在高中阶段就学过。当时我们可能意识不到它的重要性。从历史上来看,正常霍尔效应首次说明了导体中的载流子是如何运动的。我们可以通过它方便地得出导体内的载流子浓度。霍尔效应的发现在某种程度上催生了半导体物理和固体电子学的发展。它被称为是固体输运实验中的女王(Queen)。
但甚至霍尔本人也没有想到,他发现的反常霍尔效应直至经过了一百多年后的今天也没有完全解释清楚,要完全解释反常霍尔效应,甚至要用到基于量子力学的几何拓扑概念,即贝利相位,或者贝利曲率的概念。
关于反常霍尔效应的一个公式如下,
它的右边两项分别就是正常霍尔效应和反常霍尔效应的贡献,其中正常霍尔效应与磁场直接相关,而反常霍尔效应则与材料的磁化强度有关。
经过长期的研究,科学家们现在总结出了反常霍尔的三种机制:即和贝利相位相关的内在偏转机制,和杂质相关的偏转机制以及和自旋轨道耦合相关的非对称散射机制。具体在研究中出现的反常霍尔效应到底是属于哪种机制,一直是科研上争论的热点。具体的研究工作有待进一步进行。