Untuk pertama kalinya, para peneliti telah menunjukkan cahaya berperilaku seperti efek Hall kuantum, fenomena yang sebelumnya hanya diamati pada elektron. Fotón sekarang bergeser ke samping dalam langkah-langkah terkuantisasi yang ditentukan oleh konstanta fundamental. Terobosan ini dapat meningkatkan pengukuran presisi dan memajukan teknologi fotonik kuantum.
Efek Hall, yang ditemukan pada akhir 1800-an, melibatkan munculnya tegangan ke samping melintasi material ketika arus listrik mengalir melalui itu di bawah medan magnet tegak lurus. Hal ini terjadi karena medan magnet membelokkan elektron bermuatan negatif ke satu sisi, menciptakan penumpukan muatan dan perbedaan tegangan yang dapat diukur. Ilmuwan telah lama menggunakan efek ini untuk mengukur medan magnet secara akurat dan menilai tingkat doping material. nnPada 1980-an, eksperimen dengan konduktor ultra-tipis pada suhu sangat rendah dan medan magnet kuat mengungkap efek Hall kuantum. Di sini, tegangan ke samping membentuk dataran tinggi yang berbeda yang naik dalam langkah-langkah, independen dari detail material dan ditentukan semata-mata oleh muatan elektron dan konstanta Planck. Penemuan ini memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada 1985 untuk efek Hall kuantum, 1998 untuk versi fraksionalnya, dan 2016 untuk fase materi topologis terkait. nnMereplikasi ini dengan cahaya menantang karena foton, tidak seperti elektron, tidak membawa muatan listrik dan tidak merespons langsung terhadap medan listrik atau magnet. Tim internasional, termasuk peneliti dari Université de Montréal, kini berhasil mengamati drift transversal terkuantisasi cahaya. Karya mereka muncul di Physical Review X. nn“Cahaya bergerak secara terkuantisasi, mengikuti langkah-langkah universal mirip dengan yang terlihat pada elektron di bawah medan magnet kuat,” kata Philippe St-Jean, profesor fisika di Université de Montréal dan penulis bersama studi tersebut. nnEfek Hall kuantum mendasari metrologi modern, seperti mendefinisikan kilogram menggunakan konstanta fundamental melalui perangkat elektromekanis yang dikalibrasi oleh standar resistansi listrik dari dataran tinggi ini. St-Jean mencatat, “Hari ini, kilogram didefinisikan berdasarkan konstanta fundamental menggunakan perangkat elektromekanis yang membandingkan arus listrik dengan massa. Untuk kalibrasi arus ini sempurna, kita membutuhkan standar universal untuk resistansi listrik. Dataran tinggi Hall kuantum memberikan itu tepat.” nnVersi berbasis cahaya ini dapat menyediakan referensi optik untuk pengukuran, potensial bersama atau menggantikan yang elektronik. Ini juga dapat mendukung pemrosesan informasi kuantum dan komputer fotonik yang lebih tangguh. Penyimpangan kecil dari kuantisasi mungkin memungkinkan sensor sensitif yang mendeteksi perubahan lingkungan. nnSt-Jean menambahkan, “Mengamati drift terkuantisasi cahaya sangat menantang secara unik, karena sistem fotonik secara inheren di luar keseimbangan. Tidak seperti elektron, cahaya menuntut kontrol, manipulasi, dan stabilisasi yang presisi.” Pencapaian ini menunjukkan desain baru untuk perangkat fotonik dalam transmisi dan pemrosesan informasi.