El efecto Hall cuántico es una teoría bien aceptada en física que describe el comportamiento de los electrones dentro de un campo magnético a temperaturas extremadamente bajas. Las observaciones del efecto corroboran claramente la teoría de la mecánica cuántica en su conjunto. Los resultados son tan precisos que el estándar para la medición de la resistencia eléctrica utiliza el efecto Hall cuántico, que también sustenta el trabajo realizado en superconductores.
El efecto Hall, descubierto por Edwin Hall en 1879, se observa cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor colocado en un campo magnético. Los portadores de carga, que generalmente son electrones pero pueden ser protones, se dispersan hacia el lado del conductor debido a la influencia del campo magnético. El fenómeno se puede visualizar como una serie de autos empujados hacia los lados debido a un fuerte viento mientras van por una carretera. Los autos toman un camino curvo mientras intentan avanzar, pero son forzados hacia los lados.
Se desarrolla una diferencia de potencial entre los lados del conductor. La diferencia de voltaje es bastante pequeña y es función de la composición del conductor. La amplificación de la señal es necesaria para hacer instrumentos útiles basados en el efecto Hall. Este desequilibrio en el potencial eléctrico es el principio detrás de una sonda Hall que mide campos magnéticos.
Con la popularidad de los semiconductores, los físicos se interesaron en examinar el efecto Hall en láminas tan delgadas que los portadores de carga estaban esencialmente restringidos al movimiento en dos dimensiones. Aplicaron corriente a láminas conductoras bajo fuertes campos magnéticos y bajas temperaturas. En lugar de ver electrones tirados hacia los lados en trayectorias continuas curvas, los electrones dieron saltos repentinos. Hubo picos agudos en la resistencia al flujo a niveles de energía específicos a medida que se cambiaba la intensidad del campo magnético. Entre picos, la resistencia cayó a un valor cercano a cero, una característica de los superconductores de baja temperatura.
Los físicos también se dieron cuenta de que el nivel de energía necesario para provocar un pico en la resistencia no era una función de la composición del conductor. Los picos de resistencia se produjeron en múltiplos enteros entre sí. Estos picos son tan predecibles y consistentes que se pueden utilizar instrumentos basados en el efecto Hall cuántico para crear estándares de resistencia. Dichos estándares son esenciales para probar la electrónica y garantizar un rendimiento confiable.
La teoría cuántica de la estructura atómica, que es el concepto de que la energía está disponible en paquetes completos discretos a nivel subatómico, había predicho el efecto Hall cuántico ya en 1975. En 1980, Klaus von Klitzing recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de que el efecto Hall cuántico era de hecho exactamente discreto, lo que significa que los electrones solo podían existir en niveles de energía claramente definidos. El efecto Hall cuántico se ha convertido en otro argumento en apoyo de la naturaleza cuántica de la materia.