Nijmeegse supermagneet levert standaard voor elektrische weerstand

Voor het eerst is het gelukt om het zogeheten quantum Hall-effect te meten bij kamertemperatuur. Tot nu toe lukte dat alleen op een paar graden van het absolute nulpunt. Twee onderzoeksgroepen hebben het onafhankelijk van elkaar ontdekt, respectievelijk in het Laboratorium voor Hoge Magneetvelden in Nijmegen en in het National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee, Florida. Ze hebben er een gezamenlijke publicatie van gemaakt die deze week is verschenen in Science Express.

Het quantum Hall-effect is in 1980 ontdekt door de Duitse fysicus Klaus von Klitzing, die er een Nobelprijs mee verdiende. Het is de quantummechanische versie van het in 1879 ontdekte ‘gewone’ Hall-effect, dat onder meer wordt gebruikt om de sterkte van magneetvelden te meten. Breng een dun plaatje geleider- of halfgeleidermateriaal in een magneetveld, laat er een stroom doorheen lopen die haaks op dat veld staat, en er ontstaat een meetbaar potentiaalverschil in de richting die haaks staat op de beide andere. De grootte van het effect hangt van het materiaal af.

De quantumversie ontstaat wanneer het materiaal ‘tweedimensionaal’ is. Dat wil zeggen dat de elektronen nog maar in één vlak kunnen bewegen. In deze situatie blijkt het effect niet meer geleidelijk sterker te worden maar in stapjes die altijd precies even groot zijn, onafhankelijk van het materiaal. Degrootte van die stapjes is om te werken tot een uiterst nauwkeurige eenheid van elektrische weerstand.

Het effect blijkt nu bij kamertemperatuur meetbaar te zijn in grafeen. Dat is in feite een laagje grafiet van slechts één koolstofatoom dik. Je hebt er wel de krachtigse magneten ter wereld voor nodig: die in Nijmegen haalt 33 tesla, die in Tallahassee zelfs 45.

bron: FOM