Учёный

Klaus von Klitzing

1943– · физика конденсированного состояния, квантовая физика, метрология
Немецкий физик, лауреат Нобелевской премии за открытие целочисленного квантового эффекта Холла. Это явление продемонстрировало квантование электрического сопротивления в двумерных электронных системах при низких температурах и сильных магнитных полях, что стало фундаментальным для метрологии и понимания квантовых состояний материи. Его работы лежат в основе современных квантовых стандартов сопротивления.

Биография

Клаус фон Клитцинг родился 28 июня 1943 года в Шротте, Германия (ныне Польша). Изучал физику в Брауншвейгском техническом университете и получил докторскую степень в Университете Вюрцбурга. Работал в Физико-техническом федеральном ведомстве (PTB) и в Макс-Планковском институте исследований твёрдого тела, где впоследствии стал директором. В 1980 году, проводя эксперименты с кремниевыми МОП-структурами, обнаружил квантование холловского сопротивления. За это открытие был удостоен Нобелевской премии по физике в 1985 году. Продолжает активно заниматься исследованиями и преподаванием.

Ключевые открытия

💡 Открытие квантового эффекта Холла произошло случайно во время обеденного перерыва: фон Клитцинг решил измерить сопротивление образца при очень низкой температуре и был поражён ступенчатым поведением графика.
Понятия
электромагнетизмквантовое измерение
Законы
квантовый эффект Холла
Учёные
Shuji NakamuraJohn Stewart BellJames Clerk MaxwellWilhelm WienAlbert A. MichelsonRichard FeynmanJohn ClauserAnton Zeilinger

Статьи с его участием

Магнитный узел, который не хочет развязываться
Толпа на площади. Сначала каждый кружится в своём ритме, но вдруг музыка меняется — и все начинают двигаться синхронно, как единое целое. Примерно так ведут себя электроны в некоторых металлах: они то прилипают к магнитным примесям, то отрываются и образуют общий порядок.
Квантовая физика2025-11-191 минarXiv:2511.15492экспресс
Полупроводниковый диск в квантовой неподвижности: меньше одного фонона
Охлаждённый почти до абсолютного нуля с помощью жидкого гелия, полупроводниковый диск достиг такого низкого уровня энтропии, что его тепловое дрожание стало меньше одного фонона — кванта звука, то есть минимальной порции колебательной энергии в твёрдом теле.
Тепло из пустоты: как зарегистрировать эффект Унру
Пустота обманчива. Уильям Унру показал, что для ускоряющегося наблюдателя вакуум перестаёт быть холодным — он ощущается как тепловая ванна.
Металл запирает магнитный поток
В металле полно свободных электронов — они носятся между атомами, как рой пчёл вокруг улья. Если проткнуть такой металл тонкой магнитной нитью, электроны начинают чувствовать её поле. Новый расчёт показал: они не просто огибают поле, а запирают его внутри, как пробка запирает воду в бутылке. Причём запирают строго порциями — либо совсем ничего, либо ровно половину стандартной порции магнитного поля.
Электрон в магнитном поле: как измерили его массу при минус 273 градусах
Электрон — крошечная частица, но в кристалле она ведёт себя так, будто у неё другая масса. Это называют эффективной массой. Чтобы её измерить, физики заставляют электроны бегать по кругу в магнитном поле — как конькобежца на катке, которому не дают уйти с орбиты.
Мезоскопика2026-01-221 минarXiv:2601.16015экспресс
Графеновый сэндвич: ускорение электронов в атомарно-гладком канале
Графен — углеродная плёнка толщиной в один атом, превосходный проводник. Однако его поверхность от природы морщиниста, словно неразглаженная скатерть. Учёные сконструировали «сэндвич»: два таких листа плотно прижаты друг к другу через диэлектрическую прокладку, не пропускающую электрический ток.
Мезоскопика2026-02-091 минarXiv:2602.08468экспресс
Дробный заряд из квантовой ямы
В тонком бутерброде из арсенида галлия электроны ведут себя не как отдельные шарики, а как единая квантовая жидкость. Если слой сделать толщиной всего 70 нанометров, эта жидкость расслаивается на два почти независимых потока, как масло поверх воды.
Квантовая физика2026-02-161 минarXiv:2602.14437экспресс
Магнитный резонанс для электронов
Электроны в проводнике ведут себя как толпа на эскалаторе: каждый сам по себе, но вместе создают поток. Если заставить их кружить по кольцу, их угловой момент (мера вращения) может связаться с магнитным полем, как шестерёнки в часах.
Мезоскопика2026-02-242 минarXiv:2602.20884экспресс
Провод, который отказывается запирать электроны
Тонкая проволока из особого материала — топологического изолятора — ведёт себя как городская улица: внутри она пустая, а весь транспорт идёт по краям. Электроны в такой проволоке движутся только по поверхности, словно пешеходы по тротуару, не заходя на проезжую часть.
Сверхпроводимость2026-02-261 минarXiv:2602.22788экспресс
Колебания в сверхпроводнике без проводов
Обычный сверхпроводник при охлаждении теряет сопротивление, и ток в нём течёт без потерь. Но в сверхтонких плёнках всё иначе: материал колеблется между обычным и сверхпроводящим состоянием, и в этом промежутке возникают странные волны сопротивления. Сопротивление то растёт, то падает, как будто кто-то поворачивает ручку громкости.
Мезоскопика2026-03-042 минarXiv:2603.03927экспресс
Неубиваемый ток: как квантовые края обходят препятствия
Некоторые материалы при экстремальных условиях — сильное магнитное поле и температуры, близкие к абсолютному нулю, — ведут себя парадоксально: их внутренний объём становится изолятором, переставая проводить электрический ток, но вдоль границы образца возникает односторонний поток электронов.
Мезоскопика2026-03-051 минarXiv:2603.05341экспресс
Квантовый «повар»: сверхтекучесть в эффекте Холла
Квантовый эффект Холла — явление, при котором проводимость двумерного электронного газа квантуется в сильном магнитном поле, — долгое время подозревали в сверхтекучести: способности течь без трения, без диссипации энергии.
Материаловедение2026-03-151 минarXiv:2603.14192экспресс
Магический угол скрутки рождает гигантский эффект
Два слоя магнитного материала, повёрнутые друг относительно друга на доли градуса, — как две слегка сдвинутые решётки на окне. В обычном состоянии они не создают ничего особенного, но при определённом угле поворота в материале возникает неожиданный эффект.
Сверхпроводимость2026-03-181 минarXiv:2603.17235экспресс
Гофрированная поверхность металла заставляет электроны петлять
Кристалл урана-теллура при сильном охлаждении перестаёт сопротивляться току. Прежде чем это случится, при чуть более высокой температуре, его сопротивление ещё можно мерить — и оно рассказывает о форме невидимых дорожек, по которым бегут электроны. Эти дорожки образуют поверхность в пространстве импульсов — как карта, на которой отмечены все разрешённые скорости частиц.
Материаловедение2026-03-192 минarXiv:2603.18906экспресс
Магнитные острова внутри кристалла
Кристалл растёт не как единое целое, а как город из кварталов — зёрен. В каждом квартале атомы выстроены по-своему, и границы между ними — как улицы. В новом эксперименте физики заглянули в такой кристалл с помощью микроскопа, чувствительного к магнитному полю, и увидели, что магнитные участки внутри него в точности повторяют границы кварталов.
Мезоскопика2026-03-221 минarXiv:2603.21346экспресс
Электронная жидкость нагревается и густеет
Тонкий слой полупроводника при низкой температуре ведёт себя как кастрюля с мёдом: электроны в нём текут не поодиночке, а как густая жидкость. Если прогнать через такой слой переменный ток, сопротивление откликается плавной кривой. Добавь постоянный ток — и на этой кривой появляется провал, который становится глубже с силой тока.
Квантовые газы2026-03-231 минarXiv:2603.22173экспресс
Половина кванта: танец атомов на границе миров
В квантовом мире есть правила, которые кажутся нарушенными. Одно из них — закон сохранения: если в классической физике симметрия гарантирует сохранение заряда, то при переходе к квантовому описанию эта гарантия может исчезнуть. Такое явление называют квантовой аномалией.
Материаловедение2026-04-021 минarXiv:2604.01908экспресс
Тепло сворачивает вбок под магнитом
Если толкать тепло через кусок кварца, оно обычно идёт прямо, как вода по трубе. Но стоит включить магнитное поле, и поток слегка сворачивает вбок — будто труба вдруг дала боковое ответвление. Такой эффект называют тепловым эффектом Холла, и до сих пор не было ясно, что именно заставляет тепло отклоняться: беспорядок в кристалле или что-то более фундаментальное.
Мезоскопика2026-04-021 минarXiv:2604.02123экспресс
Холод из квантового туннеля
Кусок металла, нагретый с одного конца, даёт слабый электрический ток — это известно почти двести лет. Но что, если вместо простого металла взять слоёный «бутерброд»: сверхпроводник, тонкий изолятор и плоский слой электронов? Через такой переход электроны просачиваются квантовым туннелированием, как вода сквозь пористую стенку, и при этом переносят тепло.
Материаловедение2026-04-031 минarXiv:2604.02630экспресс
Когда электроны сжимаются в точку
В кристалле HfTe5 электроны ведут себя почти как свет: их масса так мала, что они подчиняются законам относительности. Если поместить такой кристалл в сильное магнитное поле, электроны начинают кружиться по маленьким орбитам. Их энергия при этом меняется не плавно, а ступеньками — как этажи в доме. При слабом поле виден один узор этих ступенек, а при сильном — другой, с особым ритмом.
Сверхпроводимость2026-04-031 минarXiv:2604.02843экспресс
Квантовый дуализм в сверхпроводнике: тайна двух щелей
В кристаллической решётке электроны иногда ведут себя подобно толпе на стадионе, порождающей «волну»: области с повышенной плотностью заряда чередуются с почти пустыми зонами. Эта волна, известная как волна зарядовой плотности, блокирует свободное движение носителей — при обычных условиях материал не является сверхпроводником.
Материаловедение2026-04-031 минarXiv:2604.03183экспресс
Боковой тепловой поток в альтермагнетиках: скрытая симметрия искривляет фононы
Представьте две пары качелей, раскачивающихся в противофазе: их усилия взаимно компенсируются, и площадка остаётся неподвижной. Но само движение рождает в воздухе невидимые вихри, способные толкнуть лежащий рядом мячик вбок.
Материаловедение2026-04-041 минarXiv:2604.03644экспресс
Тепло идёт вбок под действием магнитного поля
В кристалле-изоляторе тепло обычно распространяется от горячего конца к холодному. Но если включить магнитное поле, часть теплового потока заворачивает в сторону — как вода, которая, стекая с горки, слегка уходит вбок, когда её подталкивает ветер. Такое поведение называют тепловым эффектом Холла.
Материаловедение2026-04-072 минarXiv:2604.06083экспресс
Свет, который рождает ток из ничего
Обычный лист чёрного фосфора похож на слоёный пирог из атомов. Если посветить на него обычной лампой, ничего особенного не произойдёт: электроны в нём сидят ровно, как зрители в тёмном зале. Но короткая вспышка лазера, длящаяся миллионные доли миллиардной секунды, встряхивает этот зал.
Мезоскопика2026-04-181 минarXiv:2604.16927экспресс
Горизонт внутри кристалла
В квантовом мире электроны могут вести себя как волны. Если создать для них особые условия, эти волны начнут чувствовать нечто похожее на гравитацию. В кристаллах, которые называют вейлевскими полуметаллами, электроны движутся так, будто у них нет массы, а их энергия зависит от направления — словно наклонённый конус.
Беспорядок, который не мешает: топология в тонкой плёнке
Мозаичный пол из множества мелких плиток, повёрнутых в разные стороны. Казалось бы, любой узор, который пытается пройти сквозь такой пол, должен сбиться и исчезнуть. Именно так обычно думают о беспорядке в кристаллах: если атомы не выстроены в идеальную решётку, тонкие квантовые эффекты должны разрушиться.
Квантовые толчки разогревают кристалл
Сотни людей на танцполе стоят на равном расстоянии друг от друга — строгий порядок, как в кристаллической решётке. Медленная музыка — это тепловые колебания, от которых танцоры начинают слегка покачиваться. Если музыка становится громче и быстрее, порядок рушится: все смешиваются. Так тепловое движение разрушает упорядоченные состояния электронов в твёрдых телах.
Материаловедение2026-04-231 минarXiv:2604.21802экспресс
Скрытая полярность магнита становится видимой
В крошечном магните информация записана не в том, куда смотрит стрелка, а в том, как чередуются направления его атомов. У антиферромагнетиков эти стрелки компенсируют друг друга, поэтому снаружи материал кажется немагнитным. Запись есть, но прочитать её обычным способом нельзя: состояние как записка, написанная невидимыми чернилами.
Мезоскопика2026-04-251 минarXiv:2604.23279экспресс
Шумовой барьер: как стохастические колебания подавляют квантовое туннелирование
Квантовые частицы способны проходить сквозь препятствия, словно мяч, внезапно оказывающийся внутри холма и вылетающий с другой стороны. Этот туннельный эффект — прямое следствие волновой природы материи — объяснил Георгий Гамов, разгадывая механизм альфа-распада: как частицы покидают атомное ядро, преодолевая потенциальный барьер.
Сверхпроводимость2026-04-252 минarXiv:2604.23378экспресс
Кристалл, который не сбить с пути
Кристалл — как город: если улицы кривые, движение застревает. В кристалле роль улиц играют атомные ряды, а движение — это поток электронов. Малейшая неровность, примесь или смещение атома заставляет электроны рассеиваться. Учёные из нескольких лабораторий научились выращивать кристаллы так, что «улицы» стали почти идеально прямыми. Метод называется горизонтальный перенос вещества.
Материаловедение2026-05-081 минarXiv:2605.07904экспресс
Магнитный узор, меняющий правила электричества
Если бросить горсть монет на стол, они лягут как попало. Но в некоторых кристаллах атомы выстраиваются в узор, напоминающий плетёную корзину — решётку кагоме. В металле MgMn₆Sn₆ такую решётку образуют атомы марганца, и при комнатной температуре они действуют как крошечные магнитные стрелки. Только смотрят эти стрелки не строго в одну сторону, а слегка расходятся веером в плоскости слоя.
Мезоскопика2026-05-092 минarXiv:2605.08643экспресс
Когда два тока сливаются в один
Солнечный свет падает на кремниевую пластину — и в цепи возникает ток. Это привычная работа фотоэлемента: свет выбивает электроны, а p-n переход (граница двух слоёв с разной проводимостью) заставляет их двигаться в одном направлении. Но в некоторых кристаллах ток рождается иначе — без всяких переходов, просто за счёт того, как сам материал устроен внутри. Среди таких откликов выделяют два.
Мезоскопика2026-05-172 минarXiv:2605.17335экспресс
Край изолятора проводит ток, как металл
Два тонких слоя полупроводника повернули друг относительно друга на 2,29 градуса — как два листа прозрачной бумаги с нарисованными сетками. Там, где линии почти совпадают, возникает крупный узор из тёмных и светлых пятен. Электроны в этом узоре ведут себя совсем не так, как в обычном кристалле.
Сверхпроводимость2026-05-171 минarXiv:2605.17520экспресс
Электроны-помощники: как двойной слой поднимает сверхпроводимость
Мост из двух рядов досок прогибается под ногами пешеходов — и каждый шаг получает помощь от упругого движения настила. Похожий принцип лежит в основе сверхпроводимости: электроны скользят без сопротивления, потому что атомная решётка сама подстраивается под них. В материалах на основе никеля эта картина долго не складывалась.
Сверхпроводимость2026-05-171 минarXiv:2605.17667экспресс
Ток, который не спешит
Электрический ток в проводе похож на толпу людей, спешащих по коридору. Обычно каждый сталкивается со стенами и теряет скорость почти мгновенно — это и есть электрическое сопротивление. Но в некоторых материалах, как в здании с боковыми залами, носители заряда могут надолго заходить в особые «карманы» (энергетические долины) или подолгу сохранять энергию после толчка.
Сверхпроводимость2026-05-232 минarXiv:2605.24522экспресс
Квантовый шаг для электрического тока
В водопроводной системе вода порой течёт не сплошным потоком, а отдельными одинаковыми порциями — будто кран открывается и закрывается, пропуская каждый раз строго одну каплю. Примерно так ведёт себя электрический ток в сверхпроводящих контактах, называемых джозефсоновскими переходами.
Материаловедение2026-05-241 минarXiv:2605.25241экспресс
Магнитные узоры на атомном уровне
Два магнита на столе либо притягиваются, либо отталкиваются — смотря как повёрнуты их полюса. Внутри каждого кусочка прячутся крошечные области, где все магнитные стрелки смотрят в одну сторону. Эти области называют доменами, и от их расположения зависит, как материал поведёт себя в электрической цепи. У альтермагнетиков — нового класса веществ — домены устроены хитрее.
Сверхпроводимость2026-06-172 минarXiv:2606.18683экспресс
Сверхпроводимость, которая включается от тепла
Обычно сверхпроводимость — это история про холод. Чем ниже температура, тем легче электронам объединиться в пары и течь без сопротивления. Но в новой работе физики вырастили тонкие плёнки никелатов с добавкой европия и увидели обратную картину.
Сверхпроводимость2026-06-191 минarXiv:2606.21166экспресс
Как геометрия электронных орбит рождает сверхпроводимость
В длинном коридоре толпа людей старается держаться подальше друг от друга. В просторном зале они бы просто разошлись, но здесь стены сжимают так, что приходится двигаться гуськом, согласовывая каждый шаг. Похожим образом ведут себя электроны в слоях графена, повёрнутых один относительно другого на крошечный угол.
Квантовая геометрия прячется в прыжке тока
Бросили горсть фосфора в кремний — и при некоторой концентрации примеси материал вдруг начинает проводить ток. Это фазовый переход металл-изолятор, и он происходит скачком. Но что именно меняется в волновых функциях электронов, когда изолятор становится металлом? Ответ можно вытащить из того, как вещество поглощает свет.