ArbeitsgruppenAG HaugForschung
Quanten-Hall-Effekt

Quanten-Hall-Effekt

Im Jahre 1980 untersuchte Klaus von Klitzing den Hall-Effekt bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern an einem Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekttransistor, der ein zweidimensionales Elektronensystem (2DES) beinhaltete. Dabei wurden Plateaus in der Hallspannung beobachtet, die nicht dem klassischen Verlauf entsprachen. Diese Plateaus lagen bei bestimmten diskreten Werten und wurden von Minima im Längswiderstand begleitet. Klaus von Klitzing zeigte, dass die Hallplateaus nur von den Naturkonstanten h und e sowie von einer ganzen Zahl abhängen, auch Füllfaktor genannt.

Der Quanten-Hall-Effekt ist eins der fundamentalen Systeme, welches in zweidimensionalen Elektronensystemen auftritt. Die kontinuierlich steigenden Probenqualitäten machen den Quanten-Hall-Effekt selbst nach mehr als 40 Jahren zum Gegenstand aktueller Forschung. Insbesondere der fraktionale Quanten-Hall-Effekt ist in seiner theoretischen Beschreibung so anspruchsvoll, dass noch nicht alle experimentellen Ergebnisse verstanden sind.

Eine typische Magnetotransportmessung an einem hochbeweglichen zweidimensionalen Elektronensystem im Bereich des fraktionalen Quanten-Hall-Effektes: Zu sehen sind der Hallwiderstand (rechte y-Achse) und der Längswiderstand (linke y-Achse) über einen großen Magnetfeldbereich. Hier sind auch für fraktionale Füllfaktoren Hallplateaus und die korrespondierenden Minima im Längswiderstand zu beobachten. Eine typische Magnetotransportmessung an einem hochbeweglichen zweidimensionalen Elektronensystem im Bereich des fraktionalen Quanten-Hall-Effektes: Zu sehen sind der Hallwiderstand (rechte y-Achse) und der Längswiderstand (linke y-Achse) über einen großen Magnetfeldbereich. Hier sind auch für fraktionale Füllfaktoren Hallplateaus und die korrespondierenden Minima im Längswiderstand zu beobachten. Eine typische Magnetotransportmessung an einem hochbeweglichen zweidimensionalen Elektronensystem im Bereich des fraktionalen Quanten-Hall-Effektes: Zu sehen sind der Hallwiderstand (rechte y-Achse) und der Längswiderstand (linke y-Achse) über einen großen Magnetfeldbereich. Hier sind auch für fraktionale Füllfaktoren Hallplateaus und die korrespondierenden Minima im Längswiderstand zu beobachten. © AG Haug

NEGATIVEN DIFFERENTIELLEN MAGNETOWIDERSTAND

Die Verbesserung der Probenqualität spielt eine wichtige Rolle bei der Entdeckung neuer Quanteneffekte in niedrigdimensionalen Systemen. Bisher wird die Qualität eines Probenmaterials an seiner Elektronenbeweglichkeit bei B=0T festgemacht. Allerdings wird nicht für jedes 2DES mit einer vergleichsweisen hohen Elektronenbeweglichkeit jeder Quanteneffekt beobachtet. Auf der Suche nach einer neuen Möglichkeit die Qualität eines 2DES zu klassifizieren, untersuchen wir einen negativen differentiellen Magnetowiderstand um B=0T. Dieser Magnetowiderstand und der Füllfaktor 5/2 zeigen vergleichbar starke Abhängigkeit von den unterschiedlichen Parametern, so dass die Hypothese aufgestellt wird, dass beide Effekte von einem bisher unberücksichtigten Streumechanismus beeinflusst werden.

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Dr. Lina Bockhorn
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
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