Laboratorio del Efecto Hall Cuántico

En este laboratorio se reproduce la unidad de resistencia eléctrica, el ohm, mediante el efecto Hall cuántico.

Este efecto, se puede observar en muestras semiconductoras, llamadas heteroestructuras, que contienen un gas de electrones de dos dimensiones en la interfaz de dos capaz de material semiconductor de la muestra. La muestra se somete a temperaturas inferiores a la del Helio l quido en presencia de un campo magnético B intenso. Bajo estas condiciones la resistencia Hall (RH) de la muestra se cuantiza y queda expresada en términos de la constante de Planck (h) y la carga del electrón (e) mediante:

curva

Curvas características del Efecto Hall Cuántico

obtenidas a una temperatura de 1,3 K y una corriente de 47 A

Para reproducir el ohm mediante el efecto Hall cuántico, el CENAM cuenta con una bobina superconductora para la generación del campo magnético B y un control de temperatura, que permiten someter a la muestra semiconductora a campos magnéticos intensos y temperaturas hasta del orden de 14 T y 1,3 K, respectivamente. El laboratorio cuenta con un conjunto de heteroestructuras de AlGaAs/GaAs proporcionadas por el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) de Alemania y el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). El sistema de medición utilizado actualmente para relacionar la resistencia Hall cuantizada con un resistor bajo calibración, se basa en la medición de la tensión Hall y la caída de tensión en un resistor de 10 kΩ, conectados en serie, utilizando un v ltmetro digital de alta resolución. Bajo estas condiciones, se han obtenido incertidumbres de medición del orden de 0,05 Ω/Ω en la calibración de resistores de 10 kΩ.

 

Fotografía de una de las heteroestructuras proporcionada por el PTB

Fotografía de una de las heteroestructuras proporcionada por el BIPM

 

Las líneas de investigación y desarrollo de este laboratorio son: la construcción y caracterización de comparadores de corriente criogénicos, para mejorar los niveles de incertidumbre alcanzados hasta el momento. Junto con otras instituciones de investigación del país se trabaja en el desarrollo de muestras semiconductoras de AlGaAs/GaAs para observar el efecto Hall cuántico, para ser aplicadas como referencias de resistencia eléctrica en metrología.

Publicaciones Técnicas:

Personal del laboratorio:

Foto

Dr. Carlos David Avilés Castro
Colabora como: Coordinador Científico del Grupo de Patrones Cuánticos y del Laboratorio de Equipos Multifunciones.
En los laboratorios: Tensión en corriente continua, Efecto Hall Cuántico, Equipos Multifunciones.
Actividades relevantes: actualmente trabaja en el establecimiento de los nuevos laboratorios de patrones cuánticos y equipos multifunciones de la División, así como en el estudio de la balanza del watt que es un proyecto orientado a la redefinición electromagnética del kilogramo.
Se especializa en: medición de tensión en c.c., patrones de efecto Josephson, medición de permitividad en materiales y cuenta con 22 años de experiencia en Metrología Eléctrica.
Correo electrónico:  caviles@cenam.mx

   

M. en C. Felipe León Hernández Márquez
Colabora como: Coordinador Científico del Grupo de Corriente Continua y Baja Frecuencia
En los laboratorios: Resistencia Eléctrica e Impedancia.
Actividades relevantes: Es responsable del Laboratorio de Resistencia Eléctrica y de la reproducción de la unidad de resistencia eléctrica, el ohm, con base en el efecto Hall cuántico. Junto con otras instituciones de investigación del país se encuentra desarrollando muestras semiconductoras de AlGaAs/GaAs para observar el efecto Hall cuántico, para ser aplicadas como referencias de resistencia en metrología.
Se especializa en: Desarrollo de patrones y sistemas medición de resistencia eléctrica.
Correo electrónico:  fhernand@cenam.mx