Kluczowa różnica między efektem Halla a kwantowym efektem Halla polega na tym, że efekt Halla występuje głównie w półprzewodnikach, podczas gdy kwantowy efekt Halla występuje głównie w metalach.
Zjawisko Halla odnosi się do generowania potencjału elektrycznego prostopadle zarówno do prądu elektrycznego płynącego wzdłuż materiału przewodzącego, jak i zewnętrznego pola magnetycznego przyłożonego pod kątem prostym do prądu po przyłożeniu pola magnetycznego. Efekt ten zaobserwował w 1879 roku Edwin Hall. Kwantowy efekt Halla został odkryty później, jako pochodna efektu Halla.
Co to jest efekt Halla?
Zjawisko Halla odnosi się do wytwarzania różnicy napięcia, która jest poprzeczna do prądu elektrycznego i przyłożonego pola magnetycznego. Tutaj różnica napięcia powstaje na przewodzie elektrycznym. Prąd elektryczny jest wytwarzany przez ten przewodnik elektryczny, a przyłożone do niego pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu. Efekt ten odkrył Edwin Hall w 1879 roku. Wynalazł on również współczynnik Halla, który jest stosunkiem indukowanego pola elektrycznego do iloczynu gęstości prądu i przyłożonego pola magnetycznego. Wartość tego współczynnika jest cechą materiału, z którego wykonany jest przewodnik. Dlatego wartość tego współczynnika zależy od rodzaju, liczby i właściwości nośnika ładunku, który tworzy prąd.
Zjawisko Halla wynika z natury prądu w przewodniku. Ogólnie rzecz biorąc, prąd elektryczny zawiera ruch wielu małych nośników ładunku, takich jak elektrony, dziury, jony lub wszystkie trzy. Kiedy istnieje pole magnetyczne, ładunki te mają tendencję do doświadczania siły zwanej siłą Lorentza. Gdy nie ma takiego pola magnetycznego, ładunki mają tendencję do podążania w przybliżeniu po linii prostej toru widzenia pomiędzy zderzeniami z zanieczyszczeniami.
Ponadto, gdy pole magnetyczne jest przykładane prostopadle, droga ładunków między zderzeniami ma tendencję do zakrzywiania; w ten sposób poruszające się ładunki gromadzą się na jednej stronie materiału, pozostawiając równe i przeciwne ładunki odsłonięte na drugiej stronie. Proces ten powoduje asymetryczny rozkład gęstości ładunku w elemencie Halla, który powstaje pod wpływem siły prostopadłej zarówno do linii toru widzenia, jak i przyłożonego pola magnetycznego. Oddzielenie tych ładunków tworzy pole elektryczne. Nazywa się to efektem Halla.
Co to jest efekt hali kwantowej?
Kwantowy efekt Halla to koncepcja mechaniki kwantowej, która występuje w dwuwymiarowym układzie elektronowym poddanym działaniu niskiej temperatury i silnego pola magnetycznego. Tutaj „przewodnictwo Halla” przechodzi kwantowe przejścia Halla, aby przyjąć skwantowane wartości na pewnym poziomie. Wyrażenie matematyczne dla kwantowego efektu Halla jest następujące:
Przewodność hali=Ikanał/VHall=v.e2/h
Ichannel to prąd w kanale, VHall to napięcie Halla, e to ładunek elementarny, h to stała Planka i v jest prefaktorem zwanym współczynnikiem wypełnienia, który jest wartością całkowitą lub ułamkową. Dlatego możemy określić, że kwantowy efekt Halla jest liczbą całkowitą ułamkowego kwantowego efektu Halla w zależności od tego, czy „v” jest odpowiednio liczbą całkowitą czy ułamkiem.
Całkowity kwantowy efekt Halla ma specyficzną cechę, to znaczy trwałość kwantyzacji wraz ze zmianą gęstości elektronowej. Tutaj gęstość elektronowa pozostaje stała, gdy poziom Fermiego znajduje się w czystej szczelinie widmowej; zatem sytuacja ta odpowiada sytuacji, w której poziom Fermiego jest energią o skończonej gęstości stanów, chociaż stany te są zlokalizowane. Rozważając ułamkowy kwantowy efekt Halla, jest on bardziej skomplikowany, ponieważ jego istnienie opiera się zasadniczo na oddziaływaniach elektron-elektron.
Jaka jest różnica między efektem Halla a kwantowym efektem Halla?
Kluczowa różnica między efektem Halla a kwantowym efektem Halla polega na tym, że efekt Halla występuje głównie w półprzewodnikach, podczas gdy kwantowy efekt Halla występuje głównie w metalach. Inną ważną różnicą między efektem Halla a kwantowym efektem Halla jest to, że efekt Halla występuje tam, gdzie występuje słabe pole magnetyczne i średnie temperatury, podczas gdy efekt Halla kwantowego wymaga silniejszych pól magnetycznych i znacznie niższych temperatur.
Poniższa infografika podsumowuje różnice między efektem Halla a kwantowym efektem Halla.
Podsumowanie – Efekt Halla kontra Kwantowy Efekt Halla
Kwantowy efekt Halla wywodzi się z klasycznego efektu Halla. Kluczowa różnica między efektem Halla a kwantowym efektem Halla polega na tym, że efekt Halla występuje głównie w półprzewodnikach, podczas gdy kwantowy efekt Halla występuje głównie w metalach.
