Квантовый эффект Холла и его применение при построении эталона сопротивления

Квантовый эффект Холла, как и эффект Джозефсона, связан с использованием явления сверхпроводимости. Если структура металл-окисел-полупроводник (МОП-структура) охладить до температуры 4,2 К и поместить в сильное магнитное поле с индикацией (6-12) Тл, то на выходе МОП-структуры, называемой холловским контактом, электрическое сопротивление будет изменяться ступенчатым образом, в соответствии с записью

r_x = n^. (h/e²),

где h – постоянная Планка, Дж ^. с; e – заряд электрона, Кл. проверим размерность холловского сопротивления

[h] / [e²] = Дж ^. с / (Кл)² = [L²MT^{-2 .} T] / [TI]² = L²MT^-3 I^-2

Это есть размерность электрического сопротивления.

Величина холловского сопротивления (константа К. Клитцинга) r_x= 25812,807 Ом с погрешностью измерений, выполненных за рубежом и в нашей стране, не менее 10^-8. По зарубежным данным значение соотношения e/h² в ближайшее годы будет подтверждено с погрешностью до 10^-20. В этом случае существенно (как минимум на порядок) уменьшиться погрешность измерения единицы электрического сопротивления r.

В настоящее время на экспериментальной установке ВНИИМ им. Д.И. Менделеева поучены результаты по поддержанию размера единицы электрического сопротивления с помощью квантового эффекта Холла со средним квадратическим отклонением менее 10^-8. Разумеется, погрешность воспроизведения единицы электрического сопротивления с помощью квантового эффекта Холла в ближайшие годы будет существенно уменьшаться. Соответствующая установка, воспроизводящая размер Ома, включена в состав государственного эталона электрического сопротивления. Другой составной частью эталона является группа из 10 манганиновых катушек сопротивления с номинальным значением 1 Ом, обеспечивающая воспроизведение Ома со средним квадратическим отклонением результата измерений 3 ^. 10^-8 (по десяти независимым измерениям). Неисключенная составляющая систематической погрешности не превышает 3 ^. 10^-7.

Таким образом, при измерении электрического сопротивления актуальными пока остаются обычные методы измерений.