Kvant-Hall-effekten är en väl accepterad teori inom fysiken som beskriver elektronernas beteende inom ett magnetfält vid extremt låga temperaturer. Observationer av effekten underbygger tydligt teorin om kvantmekanik som helhet. Resultaten är så exakta att standarden för mätning av elektriskt motstånd använder kvant-Hall-effekten, som också underbygger det arbete som utförs på supraledare.
Halleffekten, upptäckt av Edwin Hall 1879, observeras när en ström av elektricitet passerar genom en ledare placerad i ett magnetfält. Laddningsbärare, som vanligtvis är elektroner men kan vara protoner, sprids till sidan av ledaren på grund av magnetfältets inverkan. Fenomenet kan visualiseras som en serie bilar som trycks i sidled på grund av en stark vind när de kör nerför en motorväg. Bilarna tar en krökt väg när de försöker köra framåt men tvingas i sidled.
En potentialskillnad mellan ledarens sidor utvecklas. Spänningsskillnaden är ganska liten och är en funktion av ledarens sammansättning. Förstärkning av signalen är nödvändig för att göra användbara instrument baserade på Hall-effekten. Denna obalans i elektrisk potential är principen bakom en Hall-sond som mäter magnetfält.
Med halvledarnas popularitet blev fysiker intresserade av att undersöka Hall-effekten i folier så tunna att laddningsbärarna i huvudsak var begränsade till rörelse i två dimensioner. De applicerade ström på ledande folier under starka magnetfält och låga temperaturer. Istället för att se elektroner dras åt sidan i krökta kontinuerliga banor, gjorde elektronerna plötsliga hopp. Det fanns skarpa toppar i motståndet mot flöde vid specifika energinivåer när magnetfältets styrka ändrades. Mellan topparna sjönk resistansen till ett värde nära noll, en egenskap hos lågtemperatursupraledare.
Fysikerna insåg också att den energinivå som krävs för att orsaka en topp i motståndet inte var en funktion av ledarens sammansättning. Resistanstopparna inträffade vid heltalsmultiplar av varandra. Dessa toppar är så förutsägbara och konsekventa att instrument baserade på kvant-Hall-effekten kan användas för att skapa standarder för motstånd. Sådana standarder är viktiga för att testa elektronik och säkerställa tillförlitlig prestanda.
Kvantteorin om atomstruktur, som är konceptet att energi är tillgänglig i diskreta, hela paket på subatomär nivå, hade förutspått kvanthalleffekten redan 1975. 1980 fick Klaus von Klitzing Nobelpriset i fysik för sin upptäckten att kvant-Hall-effekten verkligen var exakt diskret, vilket betyder att elektronerna bara kunde existera i skarpt definierade energinivåer. Kvant-Hall-effekten har blivit ytterligare ett argument till stöd för materiens kvantnatur.