量子精密：一种新型电阻器

德国维尔茨堡大学的研究人员开发了一种能够提高量子电阻标准性能的方法，这是基于一种称为量子反常霍尔效应的量子现象。

精确测量电阻对于工业生产或电子行业至关重要，例如在制造高科技传感器、微芯片和飞行控制器时。维尔茨堡大学拓扑绝缘体研究所的物理学家查尔斯·古尔德教授解释说：“在这些复杂系统中，非常精确的测量至关重要，因为即使最小的偏差也会显著影响。”“通过我们的新测量方法，我们可以显著提高电阻测量的准确性，无需任何外部磁场，使用量子反常霍尔效应（QAHE）。”

这种新方法的特点是允许量子霍尔效应在零磁场下存在。“在没有任何外部磁场的情况下运行不仅简化了实验，而且在确定另一个物理量：千克时也具有优势。要定义千克，必须同时测量电阻和电压，” 古尔德说，“但只有在没有磁场的情况下才能测量电压，所以QAHE对此非常理想。”

迄今为止，QAHE仅在远低于实际计量使用的电流下进行测量。维尔茨堡的物理学家现在已经找到了解决这个问题的方法。他们通过使用一种被称为多端Corbino装置的几何形状来中和电场，解决了这个问题。“通过这一新技巧，电阻在更大电流下保持量子化到h/e2，使得基于QAHE的电阻标准更加稳定。”

在可行性研究中，研究人员已经证明了这种新的测量方法在基本d.c.技术提供的精度水平上是有效的。他们的下一个目标是使用更精密的计量工具测试这种方法的可行性。为此，维尔茨堡组与德国国家计量研究所（PTB）紧密合作。古尔德还指出：“这种方法不仅限于QAHE。鉴于传统的量子霍尔效应在足够大的电流下也会遇到类似的电场驱动限制，这种方法还可以改善现有的最先进的计量标准，适用于需要更大电流的应用。”

该研究由巴伐利亚自由邦、德国研究基金会DFG、复杂和拓扑量子物质卓越集群ct.qmat（Complexity and Topology in Quantum Matter）和欧洲委员会资助。