שיחה:אפקט הול הקוונטי

הסרטון והתמונה לקוחים מויקיפדיה האנגלית כנפי שחר - שיחה 10:43, 23 במרץ 2014 (IST) הערך מבוסס בחלקו על ויקיפדיה האנגלית כנפי שחר - שיחה 11:53, 23 במרץ 2014 (IST)

הערות השופטים בתחרות הפיזיוויקי

ערך זה זכה בציון לשבח בתחרות הפיזיוויקי השנייה. הערך עוסק בנושא חשוב ומרתק במחקר עכשווי. להלן הערות השופט המקצועי בתחרות:

• החלוקה של הערך לתתי הנושאים (הקדמה, היסטוריה, מודלים תיאורטיים ויישומים) וסדר הצגתם הוא נכון.
• מהימנות המידע המופיע בערך מדויק אך לא מלא (ראו חלק "שלמות הערך").ישנם מספר אי דיוקים קלים. למשל:
  • בפסקה הראשונה, ההתייחסות למעבר הפאזה הקוונטי אינו מדויק. המושג הזה מיוחס למעבר בין מצב הול אחד לאחר (למשל מ v=2 ל v=1) ולא לעצם העובדה שמוליכות הול בדידה (כפי שמשתמע מהטקסט).
  • השימוש במונח "חצי מוליך" צריך להיות מוחלף במונח "מוליך או מוליכים למחצה".
• שלמות הערך - החסרים המשמעותיים נמצאים בחלק שמסביר את האפקט (החלק הקרוי "מודלים תיאורטיים"). ראשית, יש להדגיש כי אלו הסברים לאפקט הול השלם בלבד. ראוי להתחיל מהסבר "סמי-קלאסי" של מספר שורות שמזכיר כי הפיתרון של משוואות התנועה הקלאסיות (החוק השני של ניוטון) עבור אלקטרונים בשדה מגנטי וחשמלי (הניצב לו), הוא תנועה מעגלית של האלקטרונים בתדירות הציקלוטרון (מומלץ להוסיף את הביטוי המתמטי וקישור). כאן ניתן להסביר באופן אינטואיטיבי מדוע במערכת אינסופית לא יזרום זרם גם כאשר יש שדה חשמלי (האלקטרונים כלואים במסלול מעגלי ואינם יכולים לנוע בין המגעים). כמו כן ניתן להסביר מדוע כאשר המערכת סופית (יש לה שפה) אזי יזרום זרם, וכמו כן הזרם יהיה ממקום ליד השפה וכיווני (כלומר הזרם יהיה רק בכיוון השעון או להיפך). זהו מודל ה Skipping Orbits שמוזכר בהמשך אך לא מקבל את היחס הראוי לו בטקסט. ההסבר ה"סמי-קלאסי" הוא אינטואיטיבי ופונה גם לאנשים שאינם מכירים את העולם הקוונטי. זהו גם בסיס טוב להסבר הבא – רמות לנדאו. יש התייחסות בטקסט לקונספט הזה אך הוא חסר. יש להדגיש כי הספקטרום של אלקטרונים תחת שדה מגנטי הוא בדיד (בניגוד לאלקטרונים חופשיים). חשוב להדגיש כי אפקט הול הקוונטי (השלם) הוא תוצר ישיר של בדידות הספקטרום. רמות אלו נקראות רמות לנדאו, יש לתאר את האנרגיות שלהן ולהדגיש שהן מופרדות בפער אנרגיה שתלוי ליניארית בתדירות הציקלוטרון ולכן גם בשדה המגנטי. כאן גם ראוי לציין כי אם הטמפרטורה (ביחידות אנרגיה) גבוהה מערך זה של פער האנרגיה אזי לא ניתן "להרגיש" בעובדה שהספקטרום דיסקרטי ועל כן לא ניתן לצפות באפקט הול הקוונטי. זה מסביר מדוע יש צורך בטמפרטורות נמוכות או שדה מגנטי גדול (שמגדיל את תדירות הציקלוטרון). עוד חובה לציין את העובדה שרמות אלו מנוונות מאוד, משמע יש מספר רב של מצבים אפשריים בכל רמה. ניוון זה תלוי בשדה המגנטי (ניתן להוסיף נוסחה). זו הסיבה שכאשר משנים את השדה המגנטי או לחלופין משנים את הצפיפות של האלקטרונים רמת פרמי זזה. בטקסט הנוכחי לא ברור לקורא מדוע רמת פרמי זזה כאשר משנים את השדה המגנטי. כאן ראוי להמשיך עם ההסבר הקיים בטקסט ולהגדיר את "פקטור המילוי" שהוא מספר רמות לנדאו המלאות ולהמשיך עם ההסבר של מצבי השפה כפי שמופיע בטקסט (איור של רמות לנדאו המתקפלות ליד השפה יכול להועיל).
• ישנם מספר נושאים שרצוי שיהיו. בטקסט יש אזכור לגרפן ולמוליכים למחצה כמערכות בהן ניתן לצפות באפקט. לדעתי ההתייחסות אינה מספיקה. ראוי להוסיף תת נושא (או לשלב באחד הקיימים) : "מערכות דו ממדיות". יש להדגיש מדוע "דו-מימד" הוא קריטי לאפקט הול הקוונטי ולהדגיש שאין זה טריוויאלי ליצור מערכות שהן דו-ממדיות במלוא מובן המילה. כאן ניתן להזכיר את האופציות הקנוניות, שהן יצירת בורות קוונטים בעזרת שכבות של מוליכים למחצה, יצירת שכבת "היפוך" בטרנזיסטור או שימוש בגרפן שהוא שכבה חד אטומית של פחמן. עוד ניתן לציין כאן כי בשל הספקטרום הייחודי של גרפן, תדירות הציקלוטרון שלו גבוהה מאוד, על כן גם פער האנרגיה בין רמות לנדאו גלול ולכן ניתן לראות בגרפן את האפקט גם בטמפרטורת החדר.
• בהקשר של אפקט הול השברי, אין צורך להוסיף על מקור האפקט (מכיוון שזה מעט מסובך לטקסט מסוג זה) אבל חשוב לציין בצורה יותר ברורה שהוא תוצר של אינטראקציות ולכן לא ניתן לתאר אותו בעזרת פונקצית גל חד חלקיקית. כמו כן ניתן לציין כי מצבי הול השבריים מראים פיסיקה אקזוטית. ה"חלקיקים" (קווזי חלקיקים) במצבים אלו נושאים מטען שברי, לחלקם יש סטטיסטיקה שאינה פרמיונית או בוזונית ובחלק מהמקרים יש להם סטטיסטיקה לא "אבלית". עובדה שיכולה להפוך אותם לשימושיים לצורך חישוב קוונטי.
• בחלק השימושים הייתי מוסיף עובדה זו לגבי חישוב קוונטי וכן ניתן להוסיף שמכיוון שמצבי השפה אינם רגישים לזיהומים או פגמים בחומר, ניתן לנצל אותם בהתקנים אלקטרוניים. כמובן, יש לציין שכל עוד יש צורך בשדות מגנטיים גבוהים וטמפרטורות נמוכות, הדבר פוגע קשות ביכולת לממש התקנים שמבוססים על אפקט זה, אך יתכן שבעתיד (אולי בגרפן) יצליחו להתגבר על המכשולים הללו.
• בחלק האחרון הייתי מוסיף שאפקט הול הוא דוגמה לפאזה טופולוגית. זוהי פאזה בה המצב הקוונטי מתואר ע"י סט של מספרים טופולוגיים (בנוסף למספרים הקוונטים הרגילים). כמו כן ישנן תכונות מדידות (כמו מוליכות למשל) שניתנות לאפיון על ידי המספרים טופולוגיים הללו. זה מתחבר לחלק בטקסט שדן במספר Chern. בפרט ניתן קשרים אלו מבוססים בפורמליזם מתמטי רגורוזי שפותח על ידי : Thouless-Kohmoto-Nightingale-den Nijs (TKNN).
• בהירות - חלק מהניסוחים מסורבלים. לדעתי יש לשכתב את פיסקת הפתיחה שכתובה בסרבול. (אשמח לפרט יותר אם יש צורך בכך. כמו כן ניתן להיעזר בערך המקביל באנגלית שם פסקת ההקדמה כתובה היטב). בנוסף, ליד שמות או מושגים רצוי להוסיף את שם המושג באנגלית. בכדי שמי שמעוניין להרחיב יוכל למצוא מידע שכמעט ולא קיים בעברית.
• נגישות - נגישות הערך בעייתית. בעיקר בשל הסרבול בכתיבה ובשל החסרה של מידע אינטואיטיבי (ראו חלק של שלמות הערך). התייחסות לשני חלקים אלו ישפרו משמעותית את נגישות הערך.
• מקורות והפניות - רשימת המקורות כרגע דלה למדי. רשימת המקורות והקריאה בערך המקביל באנגלית היא מקיפה מאוד וניתן להשתמש בה. בנוסף הייתי שוקל גם את שתי הסקירות הבאות שלא מופיעות שם: arXiv:cond-mat/9410047v1, arXiv:cond-mat/9907002v1 ,

בברכה, טוקיוני 11:45, 9 באפריל 2014 (IDT)

מתוך דו"ח שופט ראשי בתחרות, Setreset:

• הערך כתוב באופן רהוט, וניכר חלק מקורי מתקדם.
• חסר מבוא לקוראים שאינם מהתחום (אפילו בוגרי תואר ראשון בפיזיקה).
• רוב הערך נלקח מויקפדיה באנגלית. אין נוסחאות.
• חסרים קישורים רבים, ויש מושגי יסוד אדומים.