A fő különbség a Hall-effektus és a kvantum-Hall-effektus között az, hogy a Hall-effektus főleg a félvezetőkön, míg a kvantum-Hall-effektus főleg a fémekben jelentkezik.
A Hall-effektus egy elektromos potenciál létrehozására vonatkozik, amely merőleges mind a vezető anyag mentén folyó elektromos áramra, mind a mágneses tér alkalmazásakor az áramra merőlegesen alkalmazott külső mágneses térre. Ezt a hatást 1879-ben figyelte meg Edwin Hall. A kvantum Hall-effektust később fedezték fel, a Hall-effektus származékaként.
Mi az a Hall-effektus?
A Hall-effektus az elektromos áramra és az alkalmazott mágneses térre keresztirányú feszültségkülönbség keletkezésére utal. Itt a feszültségkülönbség egy elektromos vezetőn keresztül keletkezik. Az elektromos áramot ez az elektromos vezető hozza létre, és a rá ható mágneses tér merőleges az áramra. Ezt a hatást Edwin Hall fedezte fel 1879-ben. Ő találta fel a Hall-együtthatót is, amely az indukált elektromos tér és az áramsűrűség és az alkalmazott mágneses tér szorzatának aránya. Ennek az együtthatónak az értéke annak az anyagnak a jellemzője, amelyből a vezető készül. Ezért ennek az együtthatónak az értéke az áramot alkotó töltéshordozó típusától, számától és tulajdonságaitól függ.
Hall-effektus a vezetőben lévő áram természete miatt keletkezik. Általában az elektromos áram sok kis töltéshordozó mozgását tartalmazza, mint például elektronok, lyukak, ionok vagy mindhárom. Amikor mágneses tér van, ezek a töltések általában Lorentz-erőnek nevezett erőt fejtenek ki. Ha nincs ilyen mágneses tér, a töltések hajlamosak megközelítőleg egyenes vonalat követni a szennyeződésekkel való ütközések között.
Továbbá, amikor a mágneses mezőt merőlegesen alkalmazzuk, a töltések útja az ütközések között hajlamos görbülni; így az anyag egyik oldalán mozgó töltések halmozódnak fel, és a másik oldalon egyenlő és ellentétes töltések szabadulnak fel. Ez a folyamat a töltéssűrűség aszimmetrikus eloszlását eredményezi a Hall elemen keresztül, amely a látóvonalra és az alkalmazott mágneses térre egyaránt merőleges erőből ered. Ezeknek a töltéseknek a szétválása elektromos mezőt hoz létre. Ezt Hall-effektusnak hívják.
Mi az a Quantum Hall-effektus?
A Quantum Hall-effektus egy kvantummechanikai fogalom, amely egy 2D elektronrendszerben fordul elő, amely alacsony hőmérsékletnek és erős mágneses térnek van kitéve. Itt a „Hall vezetőképesség” kvantum Hall átmeneteken megy keresztül, hogy felvegye a kvantált értékeket egy bizonyos szinten. A kvantumhall-effektus matematikai kifejezése a következő:
Hall vezetőképesség=Icsatorna/VHall=v.e2/h
Ichannel a csatornaáram, VHall a Hall feszültség, e az elemi töltés, h Plank állandó és v a kitöltési tényezőnek nevezett előtényező, amely vagy egész szám vagy tört érték. Ezért beazonosítható, hogy a kvantumhall-effektus a tört kvantum-Hall-effektus egésze attól függően, hogy „v” egész szám vagy tört.
Az egész kvantum Hall-effektusnak van egy sajátossága, vagyis a kvantálás állandósága az elektronsűrűség változása mellett. Itt az elektronsűrűség állandó marad, ha a Fermi-szint tiszta spektrális résben van; így ez a helyzet megfelel annak, ahol a fermi szint véges állapotsűrűségű energia, bár ezek az állapotok lokalizáltak. Ha figyelembe vesszük a törtkvantum Hall-effektust, akkor ez bonyolultabb, mert létezése alapvetően az elektron-elektron kölcsönhatásokon múlik.
Mi a különbség a Hall-effektus és a Quantum Hall-effektus között?
A fő különbség a Hall-effektus és a kvantum-Hall-effektus között az, hogy a Hall-effektus főként félvezetőkön, míg a kvantum-Hall-effektus főleg fémekben jelentkezik. Egy másik fontos különbség a Hall-effektus és a kvantum-Hall-effektus között az, hogy a Hall-effektus gyenge mágneses tér és közepes hőmérsékleten jelentkezik, míg a Quantum Hall-effektus erősebb mágneses tereket és sokkal alacsonyabb hőmérsékletet igényel.
Az alábbi infografika összefoglalja a Hall-effektus és a kvantum-Hall-effektus közötti különbségeket.
Összefoglaló – Hall-effektus kontra Quantum Hall-effektus
A kvantum Hall-effektus a klasszikus Hall-effektusból származik. A legfontosabb különbség a Hall-effektus és a kvantum-Hall-effektus között az, hogy a Hall-effektus főként félvezetőkön, míg a kvantum-Hall-effektus főleg fémekben lép fel.
