Diferența cheie dintre efectul Hall și efectul Hall cuantic este că efectul Hall are loc în principal pe semiconductori, în timp ce efectul Hall cuantic are loc în principal în metale.
Efectul Hall se referă la generarea unui potențial electric perpendicular atât pe un curent electric care curge de-a lungul unui material conductor, cât și pe un câmp magnetic extern aplicat în unghi drept cu curentul la aplicarea câmpului magnetic. Acest efect a fost observat în 1879 de către Edwin Hall. Efectul Hall cuantic a fost descoperit mai târziu, ca o derivație a efectului Hall.
Ce este efectul Hall?
Efectul Hall se referă la producerea unei diferențe de tensiune care este transversală unui curent electric și unui câmp magnetic aplicat. Aici, diferența de tensiune apare pe un conductor electric. Curentul electric este produs de acest conductor electric iar câmpul magnetic aplicat acestuia este perpendicular pe curent. Acest efect a fost descoperit de Edwin Hall în 1879. El a inventat și coeficientul Hall, care este raportul dintre câmpul electric indus și produsul dintre densitatea curentului și câmpul magnetic aplicat. Valoarea acestui coeficient este o caracteristică a materialului din care este realizat conductorul. Prin urmare, valoarea acestui coeficient depinde de tipul, numărul și proprietățile purtătorului de sarcină care constituie curentul.
Efectul Hall apare din cauza naturii curentului dintr-un conductor. În general, un curent electric conține mișcarea multor purtători de sarcină mici, cum ar fi electroni, găuri, ioni sau toți trei. Când există un câmp magnetic, aceste sarcini tind să experimenteze o forță numită forță Lorentz. Când nu există un astfel de câmp magnetic, încărcăturile tind să urmeze aproximativ o linie dreaptă a traseului vizual între ciocnirile cu impurități.
În plus, atunci când un câmp magnetic este aplicat perpendicular, traseul sarcinilor între coliziuni tinde să se curbeze; astfel, sarcinile în mișcare se acumulează pe o față a materialului, lăsând expuse sarcini egale și opuse pe ceal altă față. Acest proces are ca rezultat o distribuție asimetrică a densității de sarcină de-a lungul elementului Hall, care rezultă din forța care este perpendiculară atât pe calea liniei de vedere, cât și pe câmpul magnetic aplicat. Separarea acestor sarcini stabilește un câmp electric. Acesta se numește efectul Hall.
Ce este efectul Hall cuantic?
Efectul Hall cuantic este un concept mecanic cuantic care apare într-un sistem de electroni 2D care este supus la o temperatură scăzută și un câmp magnetic puternic. Aici, „conductanța Hall” suferă tranziții Hall cuantice pentru a prelua valorile cuantificate la un anumit nivel. Expresia matematică pentru efectul Hall cuantic este următoarea:
Conductanță Hall=Icanal/VHall=v.e2/h
Icanal este curentul canalului, VHall este tensiunea Hall, e este sarcina elementară, h este constanta lui Plank și v este un prefactor numit factor de umplere care este fie o valoare întreagă, fie o valoare fracțională. Prin urmare, putem identifica că efectul Hall cuantic este numărul întreg al efectului Hall cuantic fracționar, în funcție de faptul dacă „v” este un întreg sau, respectiv, o fracție.
Efectul Hall cuantic întreg are o caracteristică specifică, adică persistența cuantizării pe măsură ce densitatea electronilor variază. Aici, densitatea electronilor rămâne constantă atunci când nivelul Fermi este într-un interval spectral curat; astfel, această situație corespunde uneia în care nivelul fermi este o energie cu o densitate finită de stări, deși aceste stări sunt localizate. Când luăm în considerare efectul Hall cuantic fracționat, acesta este mai complicat deoarece existența sa se bazează în mod fundamental pe interacțiunile electron-electron.
Care este diferența dintre efectul Hall și efectul Hall cuantic?
Diferența cheie dintre efectul Hall și efectul Hall cuantic este că efectul Hall are loc în principal pe semiconductori, în timp ce efectul Hall cuantic are loc în principal în metale. O altă diferență importantă între efectul Hall și efectul Hall cuantic este că efectul Hall are loc acolo unde există un câmp magnetic slab și temperaturi medii, în timp ce efectul Hall cuantic necesită câmpuri magnetice mai puternice și temperaturi mult mai scăzute.
Infografia de mai jos rezumă diferențele dintre efectul Hall și efectul Hall cuantic.
Rezumat – Efect Hall vs Efect Hall cuantic
Efectul Hall cuantic este derivat din efectul Hall clasic. Diferența cheie dintre efectul Hall și efectul Hall cuantic este că efectul Hall are loc în principal pe semiconductori, în timp ce efectul Hall cuantic are loc în principal în metale.
